(57)【要約】波長に基づいて分散された、あるいはラインに沿って画像化された放射線の空間変調を使用したアナライザーおよびエンコーダによる、放射線分析の方法と器具。
2005519309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの選択されたスペクトル成分を有する放射を提供する、少なくとも一つの放射源；
波長により分散された画像を平面上の分散軸に沿って形成するため、前記放射を収集、分散、および集束する第１の光学部品；
前記分散軸がエンコーディング軸に実質的に沿うように前記平面に位置された空間放射変調器であり、少なくとも二つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供するため、前記スペクトル成分の強度を変調する前記変調器；
断面を有する検出器；および
前記コード化されたビームを前記検出器上に収集および方向付けし、該検出器に出力を提供させる第２の光学部品であり、少なくとも一つのバイコニカル光学素子を含む前記第２の光学部品
を具備する放射スペクトルアナライザー。
【請求項２】
請求項1に記載のスペクトルアナライザーであり、前記バイコニカル光学素子が前記分散軸に実質的に平行な第１の屈曲半径であり、また前記分散軸に実質的に垂直な第２の屈曲半径を有するスペクトルアナライザー。
【請求項３】
請求項2に記載のスペクトルアナライザーであり、このとき前記屈曲半径が、コード化されたビームのスポットの大きさが検出器の断面積と実質的に一致するようなものであるスペクトルアナライザー。
【請求項４】
請求項2に記載のスペクトルアナライザーであり、コード化された前記ビームが第２の光学部品によって導かれ、光学経路に沿って変調器から検出器まで通過し、このとき前記屈曲半径が、光学経路の長さが前記平面における変調器の大きさを上回らないようなものであるスペクトルアナライザー。
【請求項５】
請求項4に記載のスペクトルアナライザーであり、前記変調器が円形で前記平面に直径を有しており、このとき前記屈曲半径が、光学経路の長さが前記平面における変調器の直径を上回らないようなものであるスペクトルアナライザー。
【請求項６】
請求項2に記載のスペクトルアナライザーであり、放射スペクトル成分に対する第２の光学部品の収集効率は、コード化されたビーム中のスペクトル成分の強度と検出器に到達するスペクトル成分の強度との比率によって得られ、前記屈曲半径が、前記収集効率の平均が２０％を下回らないようなものであるスペクトルアナライザー。
【請求項７】
請求項2に記載のスペクトルアナライザーであり、放射スペクトル成分に対する第２の光学成分の収集効率が、コード化されたビーム中のスペクトル成分の強度と検出器に到達するスペクトル成分の強度との比率によって得られ、前記屈曲半径が、第２の光学部品の放射中の少なくともいくつかのスペクトル成分のそれぞれについて、収集効率が２０％を下回らないようなものであるスペクトルアナライザー。
【請求項８】
請求項1に記載のスペクトルアナライザーであり、前記第２の光学部品が、折りたたみミラーあるいは双円錐ミラーを含み、変調器と折りたたみミラーあるいは双円錐ミラーの間の分離が、約2インチ以下であるような（図16D）スペクトルアナライザー。
【請求項９】
請求項1に記載のスペクトルアナライザーであり、前記第２の光学部品が双円錐ミラー、折りたたみミラー、および屈折性素子あるいは二つのフレネル双円錐反射体を含む、スペクトルアナライザー。
【請求項１０】
請求項1に記載のスペクトルアナライザーであり、前記断面が分散軸に沿った前記画像の長さよりも小さい少なくとも一つの面積を有し、前記第２の光学部品が前記コード化された成分が前記断面内で実質的に重なり合うようにさせる、スペクトルアナライザー。
【請求項１１】
請求項1に記載のスペクトルアナライザーであり、前記第２の光学部品が変調器から検出器上にコード化されたビームを収集、および方向付ける順番に配列された一つ以上の光学素子を含み、このとき前記双円錐型素子が前記順番の第２の光学部品の他のどの光学素子よりも先行する、スペクトルアナライザー。
【請求項１２】
(a)  少なくとも二つの選択されたスペクトル成分を有する放射を提供する、少なくとも一つの放射源；
(b)  放射軸に沿って、波長により分散された画像を平面上に形成するため、前記放射を収集、分散および集束する、第１の光学部品；
(c)  前記分散軸が実質的にエンコーディング軸に沿っており、前記変調器が前記スペクトル成分の強度を変調して、少なくとも二つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供するように、前記平面に位置する空間放射変調器；および
(d)  断面積を有する検出器
を含む機器を提供する工程と；
前記コード化されたビームを前記検出器上に収集し方向付ける第２の光学部品を設計する工程であって、この検出器に出力を提供させ、前記第２の光学部品が少なくとも一つのバイコニカル光学素子を含み、該設計する工程が、コード化されたビームのスポットの大きさが実質的に検出器の断面積以内であるように、あるいはコード化されたビームの変調器から検出器までの光学経路が最小化されるように素子の屈曲半径を選択することを含むものと
を具備する放射スペクトルアナライザーの製造方法。
【請求項１３】
請求項12に記載の方法であり、前記設計する工程が、コード化されたビームのスペクトル成分が検出器上で実質的に重なり合うように素子の屈曲半径を選択することを含む方法。
【請求項１４】
請求項12に記載の方法であり、前記設計する工程が、コード化されたビームの各スペクトル成分の強度が検出器の断面上で実質的に均一になるように素子の屈曲半径を選択することを含む方法。
【請求項１５】
請求項12に記載の方法であり、放射スペクトル成分に対する第２の光学部品収集効率が、コード化されたビーム中のスペクトル成分の強度と検出器に到達するスペクトル成分の強度との比率で表され、前記設計する工程が、前記収集効率の平均が２０％を下回らないように素子の屈曲半径を選択することを含む方法。
【請求項１６】
請求項12に記載の方法であり、放射スペクトル成分に対する第２の光学部品収集効率が、コード化されたビーム中のスペクトル成分の強度と検出器に到達するスペクトル成分の強度との比率で表され、前記設計する工程が、第２の光学部品の放射中の少なくともいくつかのスペクトル成分のそれぞれに対し、収集効率が２０％を下回らないように素子の屈曲半径を選択することを含む方法。
【請求項１７】
複数の検体を分析する、ケモメトリックアナライザーであり：
少なくとも二つの選択されたスペクトル成分を有する放射を提供する、少なくとも一つの放射源；
エンコーディング面上に画像を形成するため、少なくとも二つの選択されたスペクトル成分を有する放射を収集、分散および集束する第１の光学部品であり、前記画像が分散関数に実質的に基づいてエンコーディング軸に沿って波長により分散されたものである光学部品；
前記エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うように、回転軸の周りを回転し、前記平面に位置する空間放射変調器であり、前記変調器が、前記放射軸から異なった半径上に少なくとも二つの放射フィルターを有し、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、少なくとも二つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供するため、このフィルターのそれぞれが対応する放射スペクトル成分の強度を変調し、前記フィルターのそれぞれが、対応するスペクトル成分の中心波長および帯域幅に実質的に対応する放射位置および放射幅を有しており、前記フィルターの放射位置および放射幅が前記検体のスペクトル特性の関数であり、また前記分散関数である、空間放射変調器；
検出器；
前記コード化されたビームを前記検出器上に収集して方向付けし、該検出器に出力を提供させる第２の光学部品；および 
一つ以上の前記検体の存在を決定するため、前記コード化されたビームに反応して、前記検出器により発生されたシグナルを分析するコンピュータ
を含むケモメトリックアナライザー。
【請求項１８】
請求項17に記載のアナライザーであり、ここで、前記フィルターが前記変調器の回転周期の高調波としてスペクトル成分を変調し、前記高調波がコード化されたビーム中のスペクトル成分のクロストークを最小化するため、素数を含んでいるアナライザー。
【請求項１９】
請求項17に記載のアナライザーであり、前記コンピュータが、サンプル中に前記検体があればそれを同定しおよび・またはサンプル中の検体の量を決定するアナライザー。
【請求項２０】
検体群のケモメトリック分析用に、一つ以上のスペクトル領域における二つ以上の選択されたスペクトル成分をコード化する空間放射変調器の設計パターンの生成方法であり、光学システムで使用される前記変調器が前記変調器の少なくとも一つの放射軸に沿って、実質的に分散関数に基づいて少なくとも一つの分散画像を生み出す少なくとも一つの放射源および分散性の光学部品を含み、前記分散関数は前記変調器の放射位置を少なくとも一つの分散画像の分散スペクトル成分と関連付けるものであり、前記方法は：
前記グループ中の前記検体のそれぞれに対応するスペクトルであり、前記スペクトルの各々が、少なくとも一つの前記スペクトル領域に少なくとも一つのスペクトル特性を有しているスペクトルを得ること；
少なくとも二つの初期スペクトル窓のセットであり、前記スペクトル窓の各々が中心波長および帯域幅を含み、前記初期スペクトル窓の各々が少なくとも一つの前記スペクトル領域内にあり、前記スペクトル窓が前記選択されたスペクトル成分と対応するスペクトル窓のセットを定義すること；
前記グループ中の前記検体の濃度を前記スペクトル成分の強度と関連付けるケモメトリクス行列を構成すること；
最適化されたスペクトル窓を前記ケモメトリクス行列から取り出すこと；および
対応する前記変調器上の最適化された環状領域であり、対応する最適化された放射位置および最適化された放射軸を含んでいる前記環状領域中に、前記最適化された各々のスペクトル窓の前記中心波長および前記帯域幅を平行移動すること
を具備する方法。
【請求項２１】
請求項20に記載の方法であり、さらに、前記サブ領域が実質的に前記パターンを含むように前記基板とは実質的に異なった光学特性を有する複数のサブ領域を基板上に形成すること、および前記サブ領域が放射源からの放射強度を変調関数に基づいて変調するように前記環状領域または前記環状領域の一部内に前記サブ領域をパターン化させることを具備する方法。
【請求項２２】
請求項20に記載の方法であり、前記取り出すことが：
前記ケモメトリック行列の雑音メリット関数であり、このとき前記スペクトル成分の強度の不確定性の関数として前記検体のそれぞれの濃度エラーを測定する前記メリット関数を算出すること；および
前記ケモメトリック行列を最適化することであって、この最適化することは、最適化されたスペクトル窓および対応する最適化されたスペクトル成分を定義するために前記初期スペクトル窓の中心波長および帯域幅を変化させることを含み、この最適化されたスペクトル成分は前記メリット関数を実質的に最小化しているものであること
で構成される方法。
【請求項２３】
少なくとも一つのスペクトル領域においてブロードバンドの放射を提供する少なくとも一つの放射源であり、前記スペクトル領域が少なくとも一つの既知のスペクトル特性を含む放射源；
エンコーディング面に画像を形成するため、エンコーディング面に画像を形成するため、前記スペクトル領域において前記放射を収集、分散および集束してビームにする第１の光学部品であり、前記画像がエンコーディング軸に沿った波長により分散されており、前記エンコーディング軸に沿った不完全なアラインメントが、前記エンコーディング軸に沿って配列された位置からの前記分散画像の前記既知のスペクトル特性のずれを引き起こす、光学部品；
前記エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うように、回転軸の周りを回転し、また前記平面に位置する二次元空間放射変調器であり、前記変調器が相補的放射フィルターの少なくとも一つのペアを有し、前記フィルターの各々が前記変調器の異なった環状領域の少なくとも一部を実質的に占め、前記各フィルターがビーム中の対応する放射成分の強度を変調し、相補的放射フィルターの各ペアが単一のコード化された較正成分であり、前記コード化された較正成分の少なくとも一つの特性が二つのフィルターに入射する前記ビームからの放射の相対強度により決定されるような較正成分を作り出すように、前記フィルターが実質的に相補的な変調関数を有し、前記環状領域の放射位置および放射幅が、単一のコード化された較正成分に対し前もって決定された値が前記変調器が前記放射軸の周りを回転するのに伴って生成されるような放射変調器；
検出器；
前記コード化された較正成分を前記検出器に収集および方向付けし、該検出器に出力を提供させる第２の光学部品；および
前記コード化された較正成分に反応して前記検出器によって発生されたシグナルを分析し、前記エンコーディング軸に沿って配列された位置からの前記分散画像の前記既知のスペクトル特性の位置のずれを測定するコンピュータ
を具備する放射スペクトルアナライザー。
【請求項２４】
請求項23に記載のアナライザーであり、前記各コード化された較正成分がマグニチュードおよび位相値を含み、前記マグニチュードおよび前記位相値が実質的に前記既知のスペクトル特性の前記エンコーディング軸に沿って前もって決められた位置に対応するアナライザー。
【請求項２５】
請求項23に記載のアナライザーであり、前記ブロードバンドの放射が波長の実質的に連続した領域を含んでいるアナライザー。
【請求項２６】
請求項25に記載のアナライザーであり、さらに集合的放射フィルターの少なくとも一つのペアを含み、放射フィルターの前記相補的な各ペアに対応し、また対応するフィルターの相補的なペアが占めているのとは別の前記変調器の環状領域の一部を占め、前記集合的フィルターが実質的に同一の変調関数を有し、またビームに反応して、前記入射ビームからの放射の合計によって決定されたマグニチュードおよび位相を有している単一のコード化された較正成分を生み出すアナライザー。
【請求項２７】
請求項26に記載のアナライザーであり、集合的放射フィルターの前記少なくとも一つのペアが、放射フィルターの前記相補的なペアの各々およびその対応する前記集合的ペアが較正シグナルを生成するように対応するフィルターの相補的なペアによって占められている前記変調器の環状領域の異なった部分を占めており、ここで組み合わされた場合、想定される振幅に対する前記既知のスペクトル特性の振幅の変化から実質的に無関係であるアナライザー。
【請求項２８】
請求項27に記載のアナライザーであり、ここで前記既知のスペクトル特性がバックグラウンドCO2の吸収特性であり、前記想定される振幅が空気中のCO2の想定される濃度に対応するアナライザー。
【請求項２９】
請求項23に記載のアナライザーであり、ここで前記既知のスペクトル特性がバックグラウンドCO2の吸収特性であるアナライザー。
【請求項３０】
請求項23に記載のアナライザーであり、さらに前記既知のスペクトル成分の位置を前記エンコーディング軸に沿って制御して動かす少なくとも一つの変換ステージを含み、このときコンピュータが、前記エンコーディング軸に沿った前記既知のスペクトル特性が変調器の独自の位置に動いた場合に、検出器の出力に反応して一つ以上の較正曲線を提供するアナライザー。
【請求項３１】
放射検出システムの変調周波数依存性を補償する方法であり：
少なくとも一つの選択された成分を有する放射を提供すること；
エンコーディング軸に沿ってエンコーディング面上に画像を形成するために前記放射を収集および集束すること；
前記エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うように、二次元空間放射変調器を前記平面に位置決めし、かつ回転軸の周りで該変調器を回転することであって、前記変調器が前記回転軸からの半径上の共通の環状領域を実質的に占める少なくとも二つの放射フィルターを有し、前記フィルターが、前記放射軸に沿って前記変調器が回転するのに伴い、少なくとも二つのコード化された較正成分を含むコード化されたビームを提供するため、対応する前記放射成分の実質的に同一の部分の強度を異なった変調周波数で変調し、前記コード化された較正成分が実質的に異なった周波数を有する；
前記コード化された較正成分を放射検出システム上に収集し方向付けすること；
前記検出システムに前記放射の付加的コード化された成分を含む出力を提供させること；
前記コード化された較正成分の振幅を決定するために前記検出システムにより発生されたシグナルを復号化すること；
前記検出システムの周波数依存性を決定するために前記振幅を分析すること
を具備する方法。
【請求項３２】
請求項31に記載の方法であり、前記変調器が付加的なコード化された成分を提供するための付加的な放射フィルターを含み、前記分析することは、前記検出システムの前記周波数依存性で前記付加的なコード化された成分を補償するように、前記複合化を変更することである方法。
【請求項３３】
サンプル測定のためのコード化されたフィルターに相関する放射計であり：
少なくとも一つのスペクトル領域でブロードバンドの放射を提供する少なくとも一つの放射源；
少なくとも二つの対象波長フィルターであり、前記各波長フィルターが前記スペクトル領域において実質的に光学的透過率の減衰を有し、前記光学的透過率の減衰がサンプル内の対応する対象検体の一つ以上のスペクトル特性の関数であるような対象波長フィルター；
少なくとも一つの基準波長フィルターであり、前記スペクトル領域における前記参照フィルターの光学透過率の減衰が前記対象波長フィルターに比べて実質的に低い基準波長フィルター；
前記エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うように、回転軸の周りを回転し、前記平面に位置する二次元空間放射変調器であり、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、前記放射源からの放射強度を変調するため、前記回転軸からの異なった半径上に少なくとも三つの放射エンコーディングフィルターを有している変調器；
前記放射が変調器の放射軸に沿った少なくとも三つのサブ画像を有するように、前記放射を変調器に収集および方向付けする光学部品であり、前記各サブ画像が対象波長のフィルターの一つあるいは基準波長のフィルターの一つによりフィルターされた放射に対応しており、対象フィルターを通過した放射を含む少なくとも二つの対象成分と、少なくとも一つの参照フィルターを通過した放射を含む少なくとも一つの参照成分からなる変調されたビームを提供するため、前記サブ画像が前記放射エンコーディングフィルターにより変調されている光学部品；
変調ビームに反応して出力を提供する検出器であり、少なくとも一つの放射源からの放射であり検出器に到達する放射が、検出器に到達する前に前記サンプルと相互作用を持つ検出器；および
サンプルの特徴を測定するため、前記コード化されたビームに反応して前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータ
を含む放射計。
【請求項３４】
請求項33に記載の放射計であり、前記少なくとも二つの対象波長の各々および参照フィルターが、多重誘電層帯域通過フィルター、エタロン、ダイクロイックミラー、部分的に透過的あるいは反射性の個体、または気体あるいは液体を含む放射測定相関セルを含む放射計。
【請求項３５】
請求項33に記載の放射計であり、前記少なくとも二つの対象波長フィルターの各々が既知濃度の対象検体の入った管を含み、前記対象検体が前記スペクトル領域において実質的な光吸収度を有し、前記各基準波長フィルターが参照媒体の入った管を含み、前記スペクトル領域において、前記対象検体と比較して前記参照媒体が実質的に低い光吸収度を有している放射計。
【請求項３６】
請求項35に記載の放射計であり、前記対象検体が天然ガスの想定される成分を含む放射計。
【請求項３７】
請求項33に記載の放射計であり、前記対象成分の少なくとも一つおよび少なくとも一つの参照成分が、前記スペクトル領域における前記対応する対象検体の測定に必要のないスペクトル成分の強度を減少させるため、あるいは前記対応する対象検体とは異なった選択された検体のスペクトル特性の強度を減少させるために、一つ以上の付加的波長フィルターによって修正された放射計。
【請求項３８】
請求項37に記載の放射計であり、各波長フィルターが、一つ以上のダイクロイックミラー、帯域通過フィルター、および・または、天然ガスの一つ以上の成分を含む多様な気体あるいは液体によって満たされたセル、を含む放射計。
【請求項３９】
サンプル測定用のコード化されたフィルター相関放射計であり：
少なくとも一つのスペクトル領域においてブロードバンドの放射を提供する少なくとも一つの放射源；
少なくとも一つの対象および基準波長フィルターペアであり、前記対象波長フィルターが前記スペクトル領域において実質的な光学透過率の減衰をもたらし、前記光学透過率の減衰がサンプル中の対応する対象検体の一つ以上のスペクトル特性の関数であり、前記スペクトル領域において前記対象波長フィルターに比べ前記基準波長フィルターの光学透過率の減衰が低い、対象および基準フィルターペア；
前記エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うように、回転軸の周りを回転し、前記平面に位置する二次元空間放射変調器であり、前記変調器が基板および少なくとも一つの放射フィルターペアを含み、前記ペアが前記回転軸からの異なった半径上に二つの放射フィルターを含み、前記各フィルターが前記放射源からの放射強度を変調し、前記フィルターが実質的に相補的な変調関数を有し、前記フィルターされた成分に反応し、前記フィルターが単一のコード化された成分を生み出し、前記コード化された成分の特徴が、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、前記ペアを成す前記フィルターに入射する放射の相対強度によって決定される変調器；
前記放射が変調器の放射軸に沿った少なくとも一つのサブ画像を有するように、前記放射を変調器に収集および方向付けする光学部品であり、対応する対象および参照波長フィルターペアによってフィルターされた放射であり、また少なくとも一つの対象・参照ペア成分を含む変調されたビームを提供するために対応する前記放射フィルターペアによって変調された放射に前記各サブ画像の各ペアが対応する光学部品；
変調されたビームに反応して出力を提供する検出器であり、少なくとも一つの放射源からの放射であり、また検出器に到達する放射が、検出器に到達する前に前記サンプルと相互作用を持つ検出器；および
サンプルの特徴を測定するため、前記コード化されたビームに反応して前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータ
を具備する放射計。
【請求項４０】
請求項39に記載の放射計であり、少なくとも一つのペアにおける前記各対象波長および参照フィルターが、多重誘電層帯域通過フィルター、エタロン、ダイクロイックミラー、部分的に透過性あるいは反射性の個体、または気体あるいは液体を含んだ放射測定相関セルを含む放射計。
【請求項４１】
請求項40に記載の放射計であり、少なくとも一つのペアにおける前記対象波長フィルターが既知濃度の対象検体の入った管を含み、前記対象検体が前記スペクトル領域において実質的な光吸収度を有し、少なくとも一つのペアにおける前記基準波長フィルターフィルターが参照媒体の入った管を含み、前記スペクトル領域において前記対象検体と比較して前記参照媒体が実質的に低い光吸収度を有している放射計。
【請求項４２】
請求項41に記載のアナライザーであり、前記対象検体が天然ガスの想定される成分を含むアナライザー。
【請求項４３】
請求項39に記載のアナライザーであり、前記コード化された成分の前記特性がシグナルのマグニチュードおよび位相を含むアナライザー。
【請求項４４】
請求項39に記載の放射計であり、少なくとも一つの前記対象・参照成分が、少なくとも一つのスペクトル領域における前記対応する対象検体の測定に必要のないスペクトル成分の強度を減少させるため、あるいは前記対応する対象検体とは異なった選択された検体のスペクトル特性の強度を減少させるために一つ以上の付加的波長フィルターによって修正された放射計。
【請求項４５】
請求項44に記載の放射計であり、ここで各波長フィルターが一つ以上のダイクロイックミラー、帯域通過フィルター、および・または天然ガスの一つ以上の成分を含む多様な気体あるいは液体によって満たされたセルを含む放射計。
【請求項４６】
サンプル分析用の放射スペクトルアナライザーであり：
エンコーディング軸に沿ったサブ画像の配列をエンコーディング面上に形成する異なったスペクトル成分を有するビームで放射を提供する少なくとも一つの放射源であり、前記各サブ画像が前記スペクトル成分の一つと対応する放射源；
前記分散軸が実質的に放射軸に沿うように回転軸の周りを回転し、前記平面に位置する二次元空間放射変調器であり、前記変調器が前記回転軸からの異なった半径上に少なくとも二つの放射フィルターを有し、前記少なくとも二つの放射フィルターが前記スペクトル成分の強度を変調して、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、コード化されたビーム少なくとも二つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供する変調器；
検出器；
前記コード化されたビームに反応して、実質的に平行なコード化されたビームを提供する光学部品であり、前記検出器が前記平行なコード化されたビームあるいは前記平行なコード化されたビームに反応して発生された放射に反応して出力を提供し、このとき少なくとも一つの放射源からの放射であり、また光学経路に沿って検出器に到達する放射が、検出器に到達する前にサンプルと相互作用を持つ光学部品；および
前記コード化されたビームに反応して前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータ
を具備する放射スペクトルアナライザー。
【請求項４７】
請求項46に記載のアナライザーであり、アナライザーが媒体中に位置しており、光学経路が媒体を通過し、また前記サンプルが前記媒体中に容器に入らずに存在しているアナライザー。
【請求項４８】
請求項46に記載のアナライザーであり、前記光学経路が実質的に開放経路であり、光学部品と検出器の間の前記経路に前記平行なコード化されたビームを前記検出器に送り返す遠隔反射体を含んでいるアナライザー。
【請求項４９】
請求項46に記載のアナライザーであり、少なくとも一つの放射源がマルチラインレーザー、およびエンコーディング軸に沿って三つ以上の対応するサブ画像を形成する第１の分散性光学素子を含み、前記光学部品が、コード化されたビームを平行化して実質的に平行なコード化されたビームにする第２の分散性光学素子を含んでいるアナライザー。
【請求項５０】
請求項49に記載のアナライザーであり、マルチラインレーザーが二酸化炭素レーザーを含んでいるアナライザー。
【請求項５１】
請求項46に記載のアナライザーであり、少なくとも一つの放射源が三つ以上の別々の放射発光素子の集合を含んでいるアナライザー。
【請求項５２】
請求項51に記載のアナライザーであり、前記別々の放射源の集合がレーザーダイオードの配列を含んでいるアナライザー。
【請求項５３】
請求項52に記載のアナライザーであり、前記レーザーダイオードが一つ以上の量子カスケードレーザーを含むアナライザー。
【請求項５４】
請求項46に記載のアナライザーであり、第２の光学部品が、前記コード化された成分を光学経路に沿って実質的に平行に方向付けるアナライザー。
【請求項５５】
請求項46に記載のアナライザーであり、サンプルが前記実質的に平行なコード化されたビームに反応して放射を放射し、検出器が放射された放射を検出するアナライザー。
【請求項５６】
請求項46に記載のアナライザーであり、前記サンプルが表面または媒体で脱着された物質を含み、前記アナライザーがさらにサンプルを形成するため表面または媒体から前記物質を脱着するための加熱装置を含んでいるアナライザー。
【請求項５７】
サンプル分析のための放射スペクトルアナライザーであり：
少なくとも二つの別々のスペクトル領域において放射を提供する少なくとも一つの放射源；
エンコーディング面に第１のエンコーディング軸に沿って第１の分散画像を形成するため、前記第１のスペクトル領域において前記放射を収集、分散および集束する第１の光学部品であり、前記第１の分散画像が少なくとも一つのスペクトル成分を含む光学部品；
前記エンコーディング面に第２のエンコーディング軸に沿って第２の分散画像を形成するため、前記第２のスペクトル領域において前記放射を収集、分散および集束する第２の光学部品であり、前記第２の分散画像が少なくとも一つのスペクトル成分を含む光学部品；
前記第１のエンコーディング軸および前記第２のエンコーディング軸が前記変調器の一つ以上の放射軸に実質的に沿うように、回転軸の周りを回転し、前記平面に位置している二次元空間放射変調器；
前記変調器は、前記回転軸から異なった半径上に、前記一番目と第２の分散画像の成分の強度を変調する少なくとも二つの放射フィルターを有し、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、二つのスペクトル領域において、複数のコード化されたスペクトル成分を含むコード化されたビームを提供する。
前記第１のスペクトル領域において放射に反応してシグナルを提供する第１の検出器；
前記第２のスペクトル領域において放射に反応してシグナルを提供する第２の検出器；
前記第１のスペクトル領域において前記コード化されたスペクトル成分を前記第１の検出器に方向付ける三番目の光学部品；
前記第２のスペクトル領域において前記コード化された成分を前記第２の検出器に方向付ける四番目の光学部品であり、このとき少なくとも一つの放射源からの放射源であり、また検出器に到達する放射が、検出器に到達する前にサンプルと相互作用する光学部品；
前記コード化されたビームに反応して前記検出器により発生されたシグナルを分析するコンピュータであり、前記分析が前記スペクトル領域の各々における少なくとも一つのコード化された成分の振幅を決定することを含むコンピュータ
を含む放射スペクトルアナライザー。
【請求項５８】
請求項57に記載のアナライザーであり、前記第１の検出器がPbS検出器を含み、また前記第２の検出器がPbSe検出器を含むアナライザー。
【請求項５９】
請求項57に記載のアナライザーであり、前記第１の検出器がPbSe検出器を含み、また前記第２の検出器がHgCdTe検出器を含むアナライザー。
【請求項６０】
請求項57に記載のアナライザーであり、第１のスペクトル領域の放射が一つ以上のバックグラウンド誘電媒体からの干渉を受けやすく、第２のスペクトル領域の放射が干渉に対して実質的に感受性の弱いアナライザー。
【請求項６１】
入射光ビームの少なくとも一つの成分を変更し前記ビームをコード化するため、回転軸の周りを回転するように適合された二次元空間放射変調器であり、前記変調器が：
基板と、前記基板とは実質的に異なる光学特性を有する、複数の隣接していないサブ領域を実質的に包含する少なくとも一つの環状領域とを具備し、前記環状領域が少なくとも二つの環状部分を含み、前記各環状部分が前記変調器の部分的回転周期を含む環状領域を含み、
第１の環状部分における前記サブ領域は、前記回転軸からの異なった半径上に位置し、実質的に相補的な変調関数を有する放射フィルターの少なくとも一つのペアを形成するようにパターン化されており、前記ペアがビームに反応して、フィルターの少なくとも一つのペアに入射したビームからの放射の相対強度によって決定される特性を備えた第１のコード化された成分を生成し；
第２の環状部分における前記サブ領域は、ビームに反応して、前記少なくとも一つの放射フィルターに入射するビームからの放射の総合強度によって決定された特性を有する第２のコード化された成分を生み出す、少なくとも一つの放射フィルターを形成するようにパターン化されている。
【請求項６２】
請求項61に記載の変調器であり、第１のコード化された成分の前記特性がシグナルのマグニチュードおよび位相を含み、また第２のコード化された成分の前記特性がシグナルのマグニチュードおよび位相を含む変調器。
【請求項６３】
請求項61に記載の変調器であり、少なくとも一つの前記環状部分が回転軸に対し約180度の角度内にある変調器。
【請求項６４】
サンプル分析のための放射アナライザーであり：
少なくとも一つの選択された放射成分を有する放射ビームを提供する少なくとも一つの放射源；
前記放射成分の画像をエンコーディング軸に沿ってエンコーディング面上に形成するため、前記放射ビームを収集および集束する第１の光学部品；
前記エンコーディング軸が放射軸に実質的に沿うように、回転軸の周りを一つ以上の回転周期で回転し、前記エンコーディング面に位置している二次元空間放射変調器であり、前記変調器が少なくとも二つの環状部分を含む少なくとも一つの環状領域を有し、前記各部分が前記変調器の部分的回転周期を含む二次元空間放射変調器；
ここで、少なくとも一つの前記部分は、前記回転軸からの半径上に少なくとも一つの放射フィルターを含み、前記少なくとも一つの放射フィルターは基板、および前記基板とは実質的に異なった光学特性を有する複数の隣接していないサブ領域を含み、前記フィルターは回転周期の活性サブ周期中に、変調器の回転周期の一部に合わせてビームを変調し、少なくとも一つの放射フィルターの前記部分内の前記サブ領域はビーム内の周期関数と対応する放射成分の強度を変調するようにパターン化され、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、少なくとも一つのコード化された成分を含んだコード化されたビームを提供し、前記周期関数は前記活性サブ周期の高調波を実質的に含んでいる；
回転周期の消極的なサブ周期中にビームと接触した場合、実質的に光学的に消極的となる少なくとももう一つの前記部分；
検出器；
前記コード化されたビームを前記検出器上に収集および方向付けし、検出器に出力を提供させる第２の光学部品であり、少なくとも一つの放射源からの放射であり、また検出器に到達する放射が、検出器に到達する前にサンプルと相互作用を持つ光学部品；および
前記コード化されたビームに反応して前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータであり、前記分析が前記消極的サブ周期に対応する前記シグナルからの前記活性サブ周期に対応して前記シグナルを分離することを含むコンピュータ
を具備する放射アナライザー。
【請求項６５】
請求項64に記載のアナライザーであり、前記第１の光学部品または前記第２の光学部品が、アナライザーの測定に合わせ二つ以上の別々の光学配置からの選択をする少なくとも一つの可動素子を含み、前記可動光学素子が光学配置を変更するため前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴い、前記消極的サブ周期中に再配置されるアナライザー。
【請求項６６】
少なくとも一つの周期雑音源の存在下におけるサンプルを分析するための放射アナライザーであり：
複数の選択された放射成分を有する放射を提供する少なくとも一つの放射源；
複数の画像をエンコーディング軸に沿ってエンコーディング面に形成するため、前記放射を収集および集束する第１の光学部品であり、前記画像が前記選択された放射成分に対応する光学部品；
前記エンコーディング軸が放射軸に実質的に沿うように、回転軸の周りをある回転周波数で回転し、前記平面に位置している二次元空間放射変調器であり、前記変調器が、前記放射軸からの異なった半径上に前記選択された放射成分の強度を変調する複数の放射フィルターを有し、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴ってコード化されたビームを提供し、前記各フィルターが実質的に前記変調器の回転周波数の高調波である、周期変調関数を有する対応する放射成分をコード化し、前記高調波がコード化された高調波のセットを含んでいる二次元空間放射変調器；
前記コード化されたビームを前記検出システムに収集および方向付けし、検出器に出力を提供させる第２の光学部品；および
前記変調器の前記回転周波数を制御し、前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータであり、前記分析が少なくとも一つのノイズトラッキング高調波を提供することを含み、前記ノイズトラッキング高調波が前記コード化された高調波のセットにはない前記変調器の前記回転周波数の高調波を含んでいるコンピュータ；
を具備し、ここで、前記コンピュータは少なくとも一つのノイズトラッキング高調波を復号し、前記コンピュータは前記変調器の回転周波数をノイズトラッキング高調波の振幅を最大化するように変化させ、前記ノイズトラッキング高調波の前記振幅は前記周期雑音源に対応し、これにより、前記コード化された高調波の復号された振幅に対する前記周期雑音源の影響を最小化することを特徴とする放射アナライザー。
【請求項６７】
請求項66に記載のアナライザーであり、前記ノイズトラッキングフィルターが、ノイズトラッキングシグナルの周波数が、サンプルシステムを駆動する圧縮ポンプの密度振動、あるいはHVAC（冷暖房空調設備）システムなどの雑音源の、予想される周波数と実質的に等しくなるようなものであるアナライザー。
【請求項６８】
サンプルを分析するための放射アナライザーであり：
エンコーディング軸に沿った複数の画像をエンコーディング面上に形成する放射を提供する少なくとも一つの放射源；
前記エンコーディング軸が放射軸に実質的に沿うように、回転軸の周りを回転し、前記エンコーディング面に位置している二次元空間放射変調器であり、前記変調器が少なくとも一つの相補的放射フィルターペアを有し、前記変調器が前記回転軸の周りを回転するのに伴ってコード化されたビームを提供し、前記フィルターペアが環状部分あるいは領域を含み、前記相補的なペアが、前記コード化されたビームが二つのフィルターに入射する前記ビームからの放射の相対強度によって決定される特性を有する成分を含むように、実質的に相補的な変調関数を有する二次元空間放射変調器；
前記コード化されたビームを収集し、出力を提供する検出器；および 
前記検出器によって発生されたシグナルを分析するコンピュータであり、前記分析が前記回転軸に対する前記環状部分または領域の同心度を測定するため、前記回転軸に対する前記変調器の回転角の関数として特性を決定することを含むコンピュータ
を具備するアナライザー。
【請求項６９】
請求項68に記載のアナライザーであり、前記コンピュータは一つ以上の作動装置を制御し、前記作動装置はアラインメント中に前記変調器を「タッピング」するものであることを特徴とするアナライザー。
【請求項７０】
請求項68に記載のアナライザーであり、前記特性がマグニチュードおよび位相を含むアナライザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、2002年3月6日提出の米国仮出願第60/361,967号、2002年9月25日提出の米国仮出願第60/413,424号、および米国本出願第  号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は全般に、放射スペクトルアナライザーおよび放射イメージアナライザーであり、特に波長に基づいて分散された、あるいはラインに沿って画像化された放射の空間変調を使用した放射アナライザーおよびエンコーダに関連する。
【背景技術】
【０００３】
放射スペクトル分析は現在、多くの方法で行われている。分散およびフーリエ変換に基づいたアナライザーは高解像度用のものであり、多様なアプリケーションに使用することができ、既存の特定アプリケーション向けの機器および手法に比べ、多様性に富んでいる。これらのアナライザーは優れたスペクトル性能を提供する一方、高価で大型で重たく、可搬性がなくなる傾向がある。またこれらの機器は、ほとんどのアプリケーションにおいて、多分に不必要なスペクトル分解能を提供する。分析計算の多くは、比較的少数のスペクトル測定により行うことができる。付加的かつ不必要な光学データの処理によりスピードが落ち、これらの機器の測光の精度が脅されることになる。
【０００４】
参照的に、非分散性のスペクトル分析は、特定の分析機能に入力を提供するため、一つ以上の帯域によりフィルターされた放射源を使用する。中心波長および帯域幅により特徴付けられた一つ以上の特定のスペクトル成分を選択するためには、帯域通過フィルターが使用される。非分散法の主な長所の一つは、帯域通過フィルターの中心波長および帯域を個々に特定し、当該機器を特定のアプリケーションに合わせ最適化する能力である。しかしながら、分析機能が特定数の帯域通過フィルターを必要とする場合、ある時間内に所定のフィルターで測定されたエネルギーの合計量がフィルターの数と反比例し、当システムの信号対雑音比が減少する。さらに、この方法を使用するスペクトルアナライザーが一つ目のアプリケーションに合わせて設定された場合、次のアプリケーションにアナライザーを適用するのに、当装置に使用されたフィルターを交換する、あるいはフィルターの数を変える必要性が生じることもある。その結果として、非分散法は、適応性および分析可能なスペクトル成分の数に明らかな限界を有する。
【０００５】
分散型機器と非分散型機器の混合型と評するのが最もふさわしい、別のタイプのスペクトルアナライザーが、アダマール分光計である。アダマール分光計は、放射を反射あるいは透過する細長い溝のある、不透明材料でできたディスクを含んだ空間放射変調器を含んでおり、この細長い溝は一定の透過率または反射率を有している。放射ビームは波長に基づいてディスク上に分散され、細長い溝が軸から様々な半径で選択的に離隔され、ビームの対応するスペクトル成分を検知する、多種多様な光チャンネルを形成する。ディスクは軸の周りを回転し、細長い溝が対応するスペクトル成分を２進振幅変調により選択的にコード化する。コード化されたビームは次に検知器に方向付けられる。一つの溝により透過あるいは反射されたスペクトル成分の強度と、別の溝により透過あるいは反射されたスペクトル成分の強度とを識別するため、ディスクは特定数の段階を順に通過する。各段階には、スペクトル成分の振幅を表す連立方程式のシステム中の一つの方程式を定義する、開放あるいは閉鎖した光チャンネルの二つのパターンが含まれる。次にこの一組の連立方程式を解いて、分析機能に先立ち、各チャンネルの強度が求められる。時間のかかる、エラーを起こしやすい方法である。例えば、2進法によるコード化の直接的な結果として、一つのシグナルレベルが回転期間中に大幅に変わった場合に、実際のシグナルレベルの回復を可能にするメカニズムの存在しない細長い溝が、放射が一度に一つずつスペクトル成分を透過あるいは遮断するようにパターン化されている場合（例えばフィルターホイール光度計など）、この連立方程式を単純化することができるという点に注目すべきである。しかしながら、この方法は各スペクトル成分の光学的負荷サイクルをその最適値である50％から変化させ、従って、信号対雑音比を低下させる。最後に、アダマールアナライザーが一番目のアプリケーションに合わせて設定されている場合、アナライザーを二番目のアプリケーションに適用するために、溝の数が変えられ、データ収集および復号アルゴリズムもまた変更されなければならず、機器の適応性が著しく制限される。
【０００６】
放射の画像化は主に検出アレーおよび電荷結合素子（CCD）を用いて行われる。これらの技術によって行われたデータ分析の多くは、検知素子の規則的な配列構造上への画像の位置づけを含んでいる。検出アレー素子がこのアプリケーションにおいて測定される特定の画像に合わせて設定してある場合、データ分析の著しい短縮が実現される。赤外線検出アレーは、バックグラウンド放射、検知素子間のドリフト、および1/fの雑音の影響を受けやすい。赤外線検出アレーに基づいたイメージングシステムは、通常大きなサーモエレクトリック（TE）クーラーを必要とし、非常に高価である。CCDに基づいたイメージングシステムは、その控えめな検出感度のため、通常TEクーラーおよび蛍光イメージングのような低照度レベルを使用した、長時間の露光を必要とする。もしCCDカメラのピクセルを、個別の、相互に較正された光電子倍増管（PMT）と置き換えることができれば、蛍光イメージングの著しい性能優位性を実現することが可能である。しかし残念なことに、PMTに基づいた低価格で高密度の検出アレーはまったく存在しない。
【０００７】
上記の方法はどれも完全に満足のいくものではない。そこで、スペクトルおよび画像アナライザーの詳細を、単一のアプリケーション特異的なハードウェアコンポーネントに任せることができるよう、上述の不利点を回避あるいは著しく軽減し、またコード化、データ収集および復号を総合し、かつ著しく簡易化した、改良されたスペクトルおよび画像アナライザーの提供が望まれる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、上述の放射アナライザーを上まわる多くの利点を提供する。いくつかの実施例において、入射光の強度は帯域幅とは独立して変調され、変調されたシグナルの振幅は、滑らかな関数であるか、変調器が軸の周りを回転する、あるいは往復運動をするとき、三段階以上の異なったレベルの間で変化する。任意の中心波長および帯域幅、また任意の放射強度分布に関して、多重チャンネル、直交エンコーディング方法を使用することができる。このように、コード化されたチャンネルの中心波長および帯域幅を、特定のアプリケーションに合わせて個別に最適化することができる。前述の光学的エンコーディング方法を、広域放射源または異なったサンプル群からの放射が、単一の検出器の使用により画像化できるよう、結像光学部品と組み合わせる。これにより、帯域幅とは独立した、チャンネル毎での変調度の制御、即ち一つ以上のチャンネルが入射光全体の不相応に大きな割合を占めているようなシステムにおいて、シグナルレベルのバランスをとるために有用となる設計方針が可能となる。またこれにより、変調チャンネルを、結果として生じるコード化された成分の振幅および位相が、ペアをなす二つのフィルター上の入射光の相対部分により決定される相補的なペアにまとめることが可能となる。このように、強度の違い、波長の関数、および強度分布の中心の放射位置を直接測定することができる。これにより、較正およびアラインメントのため、一つ以上の相補的なフィルターのペアを予想される放射成分と共に使用することが可能となる。較正およびアラインメントのため、特定の光源および検出器、また変調器上の一連の指標を使用して、スピンドルの揺れ、振動、変調器基板上の調整不良の変調器のパターンを検知することもできる。さらに、複数の応答放射成分を、二つ以上の励起成分としてほぼ同時に測定し、高速、小型蛍光、ラマン、あるいは光屈折性の励起・応答アナライザーを機能させることができる。また、各種ハードウェア装置を除去し、マイクロプロセッサー資源を解放し、外部機械装置の動きを同調させ、画像化された放射成分の放射位置および強度の両方を測定し、さらにアナライザーの空間、あるいはスペクトル分解能を増加させるために使用することのできる、変調器の回転の不完全周期に基づいた変調関数を使用することが可能である。最後に、一次元ハイパースペクトル結像光学部品と単一チャンネルの検出器をほぼ同時に使用した、放射発光サンプルの集まりから個々に選択された、複数のスペクトル成分を測定することができる。
【０００９】
一つの実施例において、スペクトルアナライザーは、少なくとも一つの選択されたスペクトル成分、強度を有するスペクトル成分、中心波長、および帯域幅を有する放射を提供する、少なくとも一つの放射源を含んでいる。一番目の光学部品は、放射を収集、分散、および集束させ、波長により分散された画像を、エンコーディング軸に沿ってエンコーディング面に形成するために使用される。二次元空間放射変調器は、回転軸の周りを回転し、エンコーディング軸が変調器の回転軸にほぼ沿うようにエンコーディング面に配置される。この変調器は、対応する放射のスペクトル成分の帯域幅を実質的に規定する放射幅を有する、回転軸からの半径で、少なくとも一つの放射フィルターを有する。このフィルターは、対応スペクトル成分の強度を帯域幅とは実質的に独立して変調し、少なくとも一つのコード化された成分を含んだコード化されたビームを提供する。ここで、コード化された成分の振幅は、滑らかな関数であるか、あるいは変調器が軸の周りを回転するのに伴って、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルの間で変化する。望ましくは、少なくとも二つのフィルターが、実質的に直交した、方位軸に沿った変調関数を有する。最も望ましくは、少なくとも一つのフィルターが、関数式sin2(mθ + pπ)の、デジタル化されたレプリカ（例えばハーフトーン表示）に実質的に基づいて、スペクトル成分の強度を変調する。このとき、θは軸に関する変調器の回転角度であり、mは整数である。二番目の光学部品は、コード化されたビームを収集し、検出器上に方向付けるために使用され、また、コード化されたビームに反応して検出器により発生されたシグナルを分析するためにコンピュータが使用される。望ましくは、このコンピュータは復号アルゴリズムを使用して、コード化されたビームに反応して検出器により発生されたシグナルからの、少なくとも一つのコード化された成分の振幅を算出する。二つ以上のスペクトル領域内の放射を同時に分析する場合、二つ以上の分散された画像を変調器上に集束させるために、多数のダイクロイックミラーを使用することができ、また、コード化された放射を検知するために二つ以上の検出器を使用することができる。
【００１０】
本発明の別の実施例において、放射、透過、あるいは反射する、少なくとも二つの空間成分を有する広域放射源からの放射を分析するための画像アナライザーは、広域放射源からの放射を収集および集束し、エンコーディング軸に沿った少なくとも二つの対応する画像をエンコーディング面に形成する、一番目の光学部品を含んでいる。広域放射源の一例に、放射を放射、散乱、透過、あるいは反射する異なったサンプルの集合がある。この場合、個々のサンプルはエンコーディング面上のエンコーディング軸に沿って画像化され、各サンプルは、エンコーディング軸に沿って実質的に異なった位置に集束されている。広域放射源の別の例として、二つ以上の帯域通過フィルターによってフィルターされた、一つ以上の放射源が挙げられる。この場合、帯域通過フィルターの集合を透過（あるいは反射）した放射は、エンコーディング面上にエンコーディング軸に沿って画像化され、帯域通過フィルターによってフィルターされた放射は、エンコーディング軸に沿って実質的に異なった位置に集束される。広域放射源のさらに別の例は、一つ以上の空間軸に沿って、実質的に他から離れている、実質的に同一の複数のサブイメージを生成する、（例えば一つ以上の回折、ビームスプリッティング、またはレンズ配列素子−あるいはそれらの組み合わせ−を含む）光学システムと組み合わされた放射源である。二次元空間放射変調器は、回転軸の周りを回転し、エンコーディング軸が放射軸に沿うようにエンコーディング面に位置付けられる。この変調器は、対応する空間成分の強度を変調するため、回転軸からの半径の位置に少なくとも一つの放射フィルターを有し、少なくとも一つのコード化された成分を含んだコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分の振幅は、滑らかな関数であるか、あるいは変調器が軸の周りを回転するのに伴って、三段階以上の、実質的に異なったコントラストレベルの間で変化する。最も望ましくは、フィルターの少なくとも一つが、関数式sin2(mθ+ pπ)のデジタル化されたレプリカ（例えばハーフトーン表示）に実質的に基づいて、スペクトル成分の強度を変調する。このときθは軸に関する変調器の回転角度であり、mは整数である。二番目の光学部品は、コード化されたビームを収集し、検出器上に方向付けるために使用され、また、コード化されたビームに応答して検出器により発生されたシグナルを分析するためにコンピュータが使用される。望ましくは、このコンピュータは復号アルゴリズムを使用して、コード化されたビームに反応して検出器により発生されたシグナルからの、少なくとも一つのコード化された成分の振幅を算出する。二つ以上の広域放射源からの放射を同時に分析する場合、変調器の異なった面あるいは異なった放射軸上に、広域放射源からの画像を集束することができ、また一つ以上の検知器を使用して放射を検知することができる。画像アナライザーの好適実施例において、広域放射源は、多数の特定のフィルターを含み、変調器のパターン上の画像配列のフィードバックを提供する。アプリケーションによっては、広域放射源からの空間的にコード化された放射を、一つ以上のスペクトル特性についてより詳しく分析することが望まれる。���れは、スペクトルアナライザー、あるいは波長フィルター装置を変調器と検出器の間に挿入することにより行われる。
【００１１】
上述のスペクトラムおよび画像アナライザーの好適実施例において、二次元空間放射変調器は一連のタイミング指標を含んでおり、またアナライザーは、タイミング指標によって始動される多数の光学スイッチを備えて、複合化のための絶対的な回転角度を制定する。最も望ましくは、タイミング指標は、検出器および復号アルゴリズムからのデータ収集（DAQ）をも始動し、続いて、変調器回転周期の安定性の条件を実質的に緩和する。望ましくは、アナライザーは特定の放射源、およびアナログ検出器を備えており、この検出器はタイミング指標、および・または変調器あるいはスピンドル上にあるその他の指標により部分的に中断されてスピンドルの揺れ、または変調器上のパターンのズレを検知する。より望ましくは、アナログ検出器によって発生されたシグナルは、コンピュータによって処理され、復号アルゴリズムおよび・またはスピンドルの揺れあるいはパターンのズレなどの望ましくない影響を補うために使用される、一つ以上の較正係数を伴う分析関数を提供する。最も望ましくは、アナログ検出器によって発生されたシグナルは、コンピュータによって処理され、画像、あるいは分散画像を変調器のパターンの中心に保つための、一つ以上の光学素子の位置付けをする、制御シグナルを提供する。
【００１２】
上述のスペクトラムおよび画像アナライザーの好適実施例において、アナライザーのコンピュータには、変調器の回転周期中に生じるコード化された成分の振幅における過渡電流を検知する、過渡信号アルゴリズムが含まれる。望ましくは、当コンピュータは、過渡信号を分析して、その高調波成分を確定する。より望ましくは、この高調波成分は復号アルゴリズムにより使用され、過渡電流に誘発された高調波干渉を補正する。望ましくは、この過渡信号アルゴリズムは、サブロテーション周期シグナルの過渡信号の検知に反応してモーター速度を上げ、また、長時間にわたる振幅が安定した状態に反応してモーター速度を下げるフィードバックメカニズムを含む。
【００１３】
上述のスペクトルおよび画像アナライザーにとって有用な、本発明のもう一つの特徴は、回転軸の周りを回転するように適合された、空間放射変調器が、入射光ビームの少なくとも一つの成分を変調し、コード化されたビームを提供することである。この変調器は、基板および回転軸からの半径上に位置する、少なくとも一つの放射フィルターを含んでいる。当フィルターは、実質的に基板とは異なる光学特性を有する、複数のピクセルを実質的に包含する環状部分を含む。このピクセルは、実質的に環状部分内でパターン化され、対応する放射成分の強度を主に方位軸に沿って変調し、基板が回転軸の周りを回転するのに伴って、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルの間で変化するように、コード化された成分の振幅がコード化された成分を提供する。望ましくは、コード化された成分の変調度を制御するために、ピクセルの密度が使用される。この方法により、一つの成分が入射光全体の不相応に大きな割合を占めている場合に、二つ以上のコード化された成分の振幅のバランスをとることができる。
【００１４】
上述のスペクトルおよび画像アナライザーにとって有用な、本発明のもう一つの特徴は、入射光ビームの少なくとも一つの成分を変調し、コード化されたビームを提供するために回転軸の周りを回転するように適合された二次元放射変調器である。当変調器は、基板および回転軸からの半径上に位置する少なくとも一つの放射フィルターを含んでいる。このフィルターは、方位軸に沿った、実質的に継続的に変化する光学特性を有しており、この光学特性は継続的に変化して、変調器の回転軸の周りの回転角度の滑らかな関数としての、対応する放射成分の強度を変調する。
【００１５】
上述のスペクトルおよび画像アナライザーにとって有用な、本発明のもう一つの特徴は、回転軸の周りを回転する、あるいはそうでなければ往復運動をするように適合された、二次元空間放射変調器である。当変調器は入射光ビームの強度を変調して、少なくとも一つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供する、少なくとも一対の放射フィルターペアを含んでいる。このペアは回転軸からの異なった半径上に位置し、結果として得られるコード化された成分の振幅および位相が、二つのフィルター上の入射光の相対的比率によって決定されるように、変調関数が互いに相補的である二つの放射フィルターを含んでいる。この方法により、二つのフィルターに入射する放射強度を、減算により差異を推測するという、エラーを起こしやすく、また検出器のシグナルのダイナミックレンジを浪費する、非効率的な方法に頼らず、直接測定することができる。望ましくは、変調関数は滑らかな関数であるか、三段階以上の異なったコントラストレベルを有する、滑らかな関数のデジタル化されたレプリカである。より望ましくは、二つの異なった放射成分の差異を変調する、二つのフィルターのペアは、実質的に互いに直交している。
【００１６】
上述のスペクトルおよび画像アナライザーにとって有用な、本発明のもう一つの特徴は、回転軸の周りを回転する、あるいはそうでなければ往復運動をするように適合された、二次元空間放射変調器である。当変調器は、当該ペアを成す二つのフィルターに入射する放射強度の差異を計測する、少なくとも一対の放射フィルターペア、および二つのフィルターに入射する放射強度の合計を測定する三つ目の放射フィルターを含んでいる。この方法により、強度分布の中心の放射位置と強度の合計の両方を、実質的に同時に測定することができる。
【００１７】
アプリケーションによっては、二つ以上の励起成分に対するサンプルの反応を、実質的に同時に測定することが望まれる。例えば、異なった励起成分を使用した一連の測定において、どの励起成分が最初に使用されたかによって測定の結果が異なるよう、いくつかのサンプルが励起放射によって修正される。二つ以上の異なった励起成分に対するサンプルの反応を、実質的に同時に測定することが望まれる別の例として、測定位置でのサンプルの滞留時間が、励起測定を順に行うのに不十分であるようなプロセスの流れにおいて流動しているサンプルが挙げられる。本発明の別の実施例において、一つ以上の励起源が、二つ以上の異なった励起成分を含む励起放射を提供する。例えば、回折性または屈折性の光学部品が、マルチラインレーザーのスペクトルラインを空間的に分離するのに使用される。励起成分（例えばスペクトルラインなど）は、実質的に順次にサンプルに送られる。励起放射に対応し、サンプルは、励起放射に反応して放射、透過、反射、あるいは散乱された少なくとも一つの応答成分を含む、応答放射ビームを放射する。放射の応答ビームは収集され、画像あるいは分散画像が、エンコーディング軸に沿ってエンコーディング面に形成される。二次元空間放射変調器は、回転軸の周りを回転し、エンコーディング軸が放射軸に沿うようにエンコーディング面に位置付けられる。当変調器は、回転軸からの半径上に、少なくとも一つの放射フィルターを備えている。この放射フィルターは、対応する応答成分の強度を変調し、少なくとも一つのコード化された応答成分を含む、コード化された応答ビームを提供する。望ましくは、応答成分をコード化する変調器の変調関数は、滑らかな関数であるか、三段階以上の異なったコントラストレベルを有する滑らかな関数のデジタル化されたレプリカである。コード化された応答ビームは収集されて検出器へと導かれ、結果として得られるシグナルがコンピュータによって分析されて、少なくとも一つのコード化された応答成分の振幅が、二つ以上の励起成分の関数として算出される。望ましくは、応答成分をコード化した変調器が、サンプルの励起放射の成分を実質的に順次に方向付けするのにも使用される。望ましくは、一つの励起成分に対応する応答成分が、他の励起成分に対応する応答成分から区別できるよう、励起配列はコード化された応答ビームのデータ収集と同期化される。より望ましくは、時間ベースの検出シグナルはサブシグナルに分類され、このとき各サブシグナルは一つの励起成分にのみ対応した、コード化された応答成分に対応する。
【００１８】
本発明のもう一つの実施例において、少なくとも一つの放射源からの放射を監察するアナライザーは、特定の放射源に対応し、強度と中心波長を有する、少なくとも一つの放射成分を含んだ入力ビームを含んでいる。この入力ビームは、収集され、分散されて、エンコーディング軸に沿って、エンコーディング面に少なくとも一つの、当成分に対応する画像を形成する。二次元空間放射変調器は、回転軸の周りを回転し、エンコーディング軸が実質的に放射軸に沿うようにエンコーディング面に位置付けられ、当成分の中心波長の変化により、対応する画像が実質的に放射軸に沿って移動するようになっている。変調器は、対応する成分の強度を変調する、少なくとも一対の放射フィルターペアを備え、少なくとも一つのコード化された成分を含む、コード化されたビームを提供する。このフィルターペアは、回転軸からの異なった半径上に位置し、また、コード化された成分の振幅および位相が、二つのフィルター上の入射光の相対的比率によって決定されるよう、相補的あるいは位相が一致していない変調関数を有する、二つの放射フィルターを含む。望ましくは、当ペアを含む放射フィルターは実質的に隣接している。より望ましくは、隣接した放射フィルターの境界は、実質的に、放射源の想定されるあるいは希望の中心波長に対応する半径上に位置する。コード化されたビームは、収集され、検出器に送られ、コード化されたビームに反応して検出器により発生されたシグナルが、コンピュタによって分析される。より望ましくは、放射原を調節するために検出器によって発生された信号に反応して、コンピュータが、少なくとも一つの放射源の中心波長を調節する、少なくとも一つのコントロールシグナルを発生する。望ましくは、コード化された成分の少なくとも二つが、実質的に直交する変調関数によりコード化され、コンピュータによりコード化された成分のうちの少なくとも一つの振幅および位相が算出される。望ましくは、各変調関数は、滑らかな関数であるか、三段階以上の異なったコントラストレベルを有する滑らかな関数のデジタル化されたレプリカである。望ましくは、画像が変調器の放射軸に沿って集合的に置き換えられるよう、アナライザーは、可動ステージ上に一つ以上の光学素子を備えている。このように当機器は較正が可能であり、また定期的に放射源の強度を測定するため、変調器のフィルターペアに対して、放射源の画像を意図的にオフセットすることができる。より望ましくは、この変調器を、最初の半分が波長を観察する相補的なペアを含み、次の半分が強度を測定する個別のフィルターを含むような二つの部分に分けることができる。このように当アナライザーは、制御シグナルを提供することにより、放射源の波長を安定させ、放射源の強度を測定することができる。また、一方のフィルターペアに、直交する付加的なフィルターペアを追加することにより、一つ以上の放射原を同時に観察することが可能になる。
【００１９】
下記の実施例において、放射源から提供された放射は、画像軸に沿って画像を形成するように平面上に方向付けされる。二次元空間放射変調器は、画像軸が変調器のエンコーディング軸に実質的に沿っており、この変調器がスペクトル成分の強度を変調して、少なくとも二つのコード化された成分を含むコード化されたビームを提供するように、回転軸の周りを回転し、また平面上に位置しており、このとき当エンコーディング軸は、実質的に放射軸に沿っている。当変調器は、回転軸からの異なった半径上に位置する、少なくとも二つの放射エンコーディングフィルターを備え、変調器が回転軸の周りを回転するのに伴い、放射源から放射される放射の強度を変調する。
【００２０】
一つの実施例において、放射スペクトルアナライザーは、双円錐型光学素子を使用して、変調器と検出器の間の光学距離を縮小、および・または、収集効率を増加させる。双円錐型光学素子の屈曲率は、収集効率を増加させるように選択することができる。
【００２１】
別の実施例において、放射は、変調器の分散機能に基づいた波長により分散される。この変調器は、放射位置および特定の検体のスペクトル特性の関数および分散関数である放射幅を有するフィルターを備えている。このフィルターにより変調された放射を分析して、一つ以上の検体の存在を確定することができる。この変調器は、検体濃度と放射中のスペクトル成分の強度を関連付けるケモメトリクス行列を構成し、ケモメトリクス行列により最適化されたスペクトル窓から派生し、また、分散関数を使用して、最適化されたスペクトル窓を、対応する最適化された変調器上の環状領域あるいは環状部分に変換することにより、設計することができる。
【００２２】
さらに別の実施例において、当変調器上のフィルターは、相補的放射フィルターの各ペアが単一の較正成分を生成するように、実質的に相補的な変調関数を有しており、このときコード化された較正成分の少なくとも一つの特性は、二つのフィルターに入射するビームの放射の相対強度により決定され、このとき、環状領域の放射位置および放射幅は、単一のコード化された較正成分の既定値が変調器が回転軸の周りを回転した場合にもたらされるものである。エンコーディング軸に沿って決められた位置からの分散画像における、既知のスペクトル特性の位置のズレを測定するため、コード化された較正成分が検出される。
【００２３】
さらに別の実施例において、当変調器は、回転軸からの半径上の共通の環状領域を実質的に占める、少なくとも二つの放射フィルターを備えている。このフィルターは、異なった変調周波数で、ビームの対応する放射成分の実質的に同等な部分の強度を変調して、変調器が回転軸の周りを回転するのに伴い、少なくとも二つのコード化された較正成分を含むコード化されたビームを提供し、このコード化された較正成分は実質的に異なった周波数を有している。これらのコード化された較正成分を検出して、検出システムの周波数依存性が決定される。
【００２４】
さらに別の実施例において、コード化されたフィルター相関の放射計は、少なくとも二つの波長フィルター、スペクトル範囲において充分な光吸収度を有する対象波長フィルター、および少なくとも一つの基準波長フィルターを含んでおり、それぞれの基準波長フィルターは、スペクトル範囲において対象検体と比較した場合、光吸収度が実質的に低い。フィルターを別々に通過する放射がサンプルの測定に使用され、またこれらを検出してサンプルの特性が測定される。
【００２５】
別の実施例において、サンプルを測定する、コード化されたフィルター相関の放射計は、少なくとも一つの対象および基準波長フィルターのペア、スペクトル範囲において充分な光吸収度を有する、少なくとも一つのペア内の対象波長フィルター、およびスペクトル範囲において、対象検体と比較して実質的に低い光吸収度を有する少なくとも一つのペア内の基準波長フィルターを含んでいる。対象波長フィルターおよび基準波長フィルターを、別々に透過した放射は、変調器が回転軸の周りを回転するのに伴い、上述のタイプの変調器上に入射し、検出される。サンプルが置かれた光学経路で検出された放射は、サンプルの測定において有用である。
【００２６】
またさらに別の実施例において、大きな、または遠方の物質およびメディアを測定するために、コード化されたビームに反応して、コード化された実質的に平行なビームを提供する光学部品が使用される。
【００２７】
一つの実施例において、異なったスペクトル領域の放射が上述のタイプの変調器によって変調され、別々に検出される。この方法はサンプルの測定において有用である。
【００２８】
しかし別の実施例は、ビームをコード化するための入射光ビームの少なくとも一つの成分を変調するため、回転軸に関して回転するように適合された、二次元空間放射変調器を対象とし、当該変調器は：
基板、および基板とは実質的に異なった光学特性を有する、複数の隣接していないサブ領域を実質的に包含する、少なくとも一つの環状領域であり、少なくとも二つの環状部分を含み、各部分は変調器の部分的な回転周期を含む環状領域と；
一番目の環状部分にある、回転軸からの異なった半径上に位置する、少なくとも一対の放射フィルターを形成するようにパターン化され、実質的に相補的な変調関数を有するサブ領域であり、当ペアが、ビームに反応して、フィルターの少なくとも一つのペアに入射したビームの放射の相対強度によって特徴付けられる、一番目のコード化された成分を産出するサブ領域と；
二番目の環状部分にある、ビームに反応して、少なくとも一つの放射フィルターに入射したビームの放射の総合強度により特性が決定される、二番目のコード化された成分を産出する、少なくとも一つの放射フィルターを形成するようにパターン化されたサブ領域とを含む。
【００２９】
もう一つの実施例は、少なくとも二つの環状部分を含む、環状領域を有する変調器に関するもので、各部分は変調器の部分的な回転周期を含む。このとき、少なくとも一つの放射フィルターの部分内のサブ領域は、ビーム中の対応する放射成分の強度を変調するようにパターン化されており、このビームは変調器へと方向付けられた周期関数を備えて、変調器が回転軸の周りを回転するのに伴い、少なくとも一つのコード化された成分を含む、コード化されたビームを提供する。この周期関数は、活性サブ周期の実質的な高調波を含んでいる。当変調器は少なくとももう一つの、回転周期の消極的なサブ周期の間にビームと相互作用した場合、実質的に光学的に消極的である、別の部分を有する。
【００３０】
また別の実施例において、上述のタイプの変調器の回転周波数は制御されている。変調されたシグナルを検知する検出器により発生されたシグナルが分析される。この分析には周期雑音源から発生される、少なくとも一つのノイズトラッキングシグナルの復号が含まれる。変調器の回転周波数は、ノイズトラッキングシグナルの振幅を最大化するために変化され、その結果特定のコード化された成分の、復号された振幅上の、周期雑音源の効果が最小化される。
【００３１】
さらに別の実施例において、変調器は、放射ビームを変調器に送ることによって得られるコード化されたビームが、二つのフィルターに入射したビームの放射の相対強度により決定される特性を有する成分を含むように、実質的に相補的な変調関数を有する相補的なペアを備えている。コード化されたビームが検出されたら、環状部分または回転軸に対する領域の同心度を測定し、回転軸に関する変調器の回転角度の関数としての特性を決定するために、その結果を分析する。
【００３２】
以下説明する実施例において、図1Aは、本発明の好適実施例を表す、多機能放射アナライザー100の概略側面図である。
【００３３】
図1Bは、1Aにおけるアナライザーの一部の、図1Aの線1B-1Bに沿った面を表す概略図である。
【００３４】
図1Cは、二つの異なったスペクトル領域において放射をコード化かつ分析する、アナライザー100の実施例を表す概略図である。
【００３５】
図2は、本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Aの上面図である。
【００３６】
図3Aは、図2の放射フィルターの一つの実施例を表す、滑らかな変調関数のデジタル化されたレプリカの図解である。
【００３７】
図3Bは、直交振幅と想定される波長関数への、有限デジタル処理の効果を示す図である。
【００３８】
図4Aは、図1Aのアナライザー100の、スペクトルアナライザーの実施例の焦点面の説明図である。図4Bは、図1Aのアナライザー100の、画像アナライザーの実施例の焦点面の説明図である。
【００３９】
図5は、本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Bの上面図である。
【００４０】
図6は、本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Cの上面図である。
【００４１】
図7は、本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Dの上面図である。
【００４２】
図8は、本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Eの上面図である。
【００４３】
図9Aは、本発明の好適実施例を表す、位置を移動することのできる折りたたみミラーを含んだ、アナライザー100の概略図である。
【００４４】
図9Bは、アナライザー100の、アラインメント較正およびトラッキングアナライザーの実施例の概略側面図である。
【００４５】
図9Cは、アナライザー100の、アラインメント較正およびトラッキングアナライザーの実施例で使用される、実施例22Fの変調器22の上面図である。
【００４６】
図10Aは、二つの異なった励起源により励起された際に、サンプルの光学特性を測定するために有用な、アナライザー300の概略図である。
【００４７】
図10Bは、図10Aのアナライザー300に使用される、実施例322の変調器22の上面図である。
【００４８】
図11Aは、不完全な回転周期の高調波に基づいた、回転フィルターを組み込む、変調器22の実施例22DZの上面図である。
【００４９】
図11Bは、対象画像52のエンコーディングの空間分解能を上げる二つの方法を表す、変調器22の実施例22Gの上面図である。
【００５０】
図12Aは、図1Aのプレ・エンコーダ光学部品36Aの実施例HSの、一番目の概略側面図である。
【００５１】
図12Bは、図1Aのプレ・エンコーダ光学部品36Aの実施例HSの、二番目の概略側面図である。
【００５２】
図12Cは、アナライザー100の、ハイパースペクトル画像アナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22HSの上面図である。
【００５３】
図13Aは、アナライザー100の多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例の、配置変調器22の方法の一つの概略描写である。
【００５４】
図13Bは、アナライザー100の、多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22HCを表す。
【００５５】
図13Cは、アナライザー100の、多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例に使用される、五つの炭化水素の個別の透過スペクトルと、対応する最適化されたスペクトル窓を示す。
【００５６】
図14Aは、メタンと二酸化炭素の透過スペクトルの関係と、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、最適化された較正スペクトル窓を表す。
【００５７】
図14Bは、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、3.0ミクロン領域のCH4、および4.5ミクロン領域のCO2のスペクトル吸収特性のために得られた、二つの標準化された較正カーブを示す。
【００５８】
図14Cは、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22SCを表す。
【００５９】
図14Dは、メタンと二酸化炭素の透過スペクトルの関係と、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、最適化された較正スペクトル窓TSC.1からTSC.4を表す。
【００６０】
図15は、検出システム周波数依存補正アナライザーに使用される、実施例22FDの上面図である。
【００６１】
図16Aは、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス、ポスト・エンコーダ光学部品）の実施例の概略である。
【００６２】
図16Bは、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス、ポスト・エンコーダ光学部品）の実施例の、コード化成分収集効率のグラフである。
【００６３】
図16Cは、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス）の実施例の概略側面図である。
【００６４】
図16Dは、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP2（ショートパス）の実施例の概略側面図である。
【００６５】
図17Aは、放射アナライザー100の、コード化フィルター光度計アナライザーの実施例の概略上面図である。
【００６６】
図17Bは、放射アナライザー100の、コード化フィルター光度計アナライザーの実施例の概略側面図である。
【００６７】
図18は、放射アナライザー100の、位相固定雑音排除アナライザーの実施例の概略側面図である。
【００６８】
図19Aは、放射アナライザー100の、パターン同心アナライザーの実施例の概略側面図である。
【００６９】
図19Bは、パターン同心アナライザーに使用される、変調器22の実施例の一つの上面図である。
【００７０】
引例を簡易化するため、図中における特定の素子およびシステムの用例中で以下に説明される実施例には、図中の素子の番号の後に、小数点、そして数字あるいは文字が続くような、合成記号が使用される。例えば、100.1とは、以下の用例中におけるアナライザー100の実施例の番号であり、この実施例はアナライザー100の別の実施例100.2とは異なるものである。また36A(HS)は、プレ・エンコーダ光学部品36Aの実施例である。実施例に一つ以上の成分が含まれている場合、合成記号には、図1Aあるいはここに出てくる他の図中の素子の番号と、それに続く小数点、素子の実施例を示す最初の番号または文字、次に別の小数点、そして当該実施例の特定の成分を示す二番目の番号が含まれる。例えば用例1の36B.1.1および36B.1.2は、図1Aあるいはここに出てくる他の図中の、ポスト・エンコーダ光学部品36Bの実施例の、それぞれ順に一番目および二番目の成分を示している。これらの合成記号は、図を簡略化するため、図1Aあるいはここに出てくる他の図中には記されていない。用例によって導入される付加成分には、独自の記号が与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
本発明は、スペクトルアナライザー、画像アナライザー、あるいはハイパースペクトル画像アナライザーとして設定することができるため、後に続く説明で使用される、特定の用語および言い回しを一般化すると好都合である。後に続く本発明の説明において、簡略化のため、以下の多目的表記が使用される：
1.  放射源：  スペクトル成分を有する放射源、空間成分を有する放射源、あるいはスペクトル成分および空間成分の両方を有する放射源。放射源は、励起および・または探測放射の一つ以上の成分に反応して、放射を放射、散乱、透過または反射する一つのサンプル、またはサンプルの集合である。
2.  放射成分：  スペクトル情報を有する放射源からの放射の部分、空間情報を有する放射源からの放射の部分、あるいはスペクトル情報と空間情報の両方を有する放射源からの放射の部分
3.  プレ・エンコーダ光学部品：  一つ以上の画像、あるいは一つ以上の分散画像を変調器の表面に形成する、一つ以上の光学素子。プレ・エンコーダ光学部品には、一つ以上の遠隔源からの放射をアナライザーと結ぶ、一つ以上の光ファイバー、導波、あるいは光導体が含まれる。プレ・エンコーダ光学部品は、一つ以上のオープンパス、および一つ以上の遠隔反射器を含む。また、プレ・エンコーダ光学部品には、顕微鏡あるいは望遠鏡光学系が含まれる。
4.  ポスト・エンコーダ光学部品：  変調器からのコード化された放射を収集し、コード化されたビームを一つ以上の放射検出器に方向付けし、集束する一つ以上の光学素子。ポスト・エンコーダ光学部品には、当機器からのコード化された放射と一つ以上の遠隔サンプル採取ステーションを結ぶ、一つ以上の光ファイバー、導波、および光導体が含まれる。ポスト・エンコーダ光学部品は、一つ以上の開放経路、および一つ以上の遠隔反射器を含む。また、ポスト・エンコーダ光学部品には、顕微鏡あるいは望遠鏡光学系が含まれる。
5.  対象画像：  エンコーディング軸に沿って、実質的に互いから離れている、二つ以上の放射成分を含む画像。対象画像の幅は、エンコーディング軸に垂直な空間的広がりである。
6.  画像化：  放射源の放射を収集し集束して、一つ以上の画像、あるいはハイパースペクトル画像を形成すること、または、放射源の放射を収集、分散および集束して、共通軸に沿って一つ以上の分散画像を形成すること。
7.  アラインメント成分：  変調器のパターン上への対象画像のアラインメントを測定するための、専用フィルター、および・または相補的フィルターペアと共に使用される、予想されるまたは設計された放射成分。
8.  検出器：  一つ以上の放射検出器および関連電子機器。当関連電子機器には、バイアス機器、プログラマブルゲイン、および一つ以上のアナログフィルターネットワーク（例えばアンチ・エリアシングフィルター）が含まれる。
9.  サンプル：  例えば入射光を吸収、透過、あるいは散乱（例えば反射、ラマン散乱、ローリー散乱）する一つ以上の固体、液体、あるいは気体などの、任意の個体、液体、あるいは気体。サンプルは、一つ以上の励起放射成分に対応し、一つ以上の放射応答成分を放射することがある。サンプルは、容器またはセルに閉じ込められていることもあるし、開放されている（例えば大気）こともある。
放射アナライザー・エンコーダー100
【００７２】
図1Aは、多機能放射アナライザー100（スペクトルアナライザー、画像アナライザー、ハイパースペクトル画像アナライザー、あるいはコード化された励起源、または探測放射として設定される）の概略側面図であり、本発明の好適実施例を表す。ここで、回転する空間放射変調器の反射特性を、空間的に変化させることにより、選択されたスペクトル成分あるいは空間成分のコード化が達成される。図1Aに示されるように、アナライザー100は、スペクトル情報を含んだブロードバンドあるいは多波長放射源である放射源24、空間情報を含んだ広域放射源、あるいはそれらの任意的組み合わせからの放射をコード化するため、変調器の基板23上に形成されたパターン21から成る、空間放射変調器22を含む。放射源24からの入力放射ビーム54は、望ましくは、入射孔32から折りたたみミラー34まで通過する。この折りたたみミラーは、52の放射成分が、変調器22の放射軸に沿って、実質的に異なったポイントに集束されるように入力放射を画像化し、変調器22上に対象画像52を形成するプレ・エンコーダ光学部品36Aに放射を反射させる。一つ以上の対象画像を実質的に同時にコード化する場合は、付加的な光学素子（図示されていない）を使用して、変調器22に二つ以上の対象画像を集束し、一つ以上の放射検出器上にコード化されたビームを収集して方向付けることができる。
【００７３】
変調器の基板23は、エンコーディング面の回転軸40に関し、電動スピンドル42を中心に回転する。望ましくは、変調器22はタイミングおよびアラインメントを目的として、下記の光学スイッチを干渉するサブパターン、またはタイミングおよび・または位置指標を含む。より望ましくは、このサブパターンは、異なった半径で環状領域に閉鎖された少なくとも二つのシリーズの指標を含み、一つのシリーズでは一定の角度間隔に指標があり、もう一つのシリーズでは不特定の角度間隔に指標がある。この方法により、変調器の正確な回転角度は、復号のためコンピュータ28によって設定される。変調器22は、対応する放射成分の強度を変調（あるいはコード化）し、少なくとも一つのコード化された成分56（例えば56.1）を含む、コード化されたビームを提供する、少なくとも一つの放射フィルターを回転軸40からの半径上に備えている。このとき当該のコード化された成分の振幅は、滑らかな関数であるか、あるいは変調器が回転軸40の周りを回転するのに伴い、三段階以上の、実質的に異なったコントラストレベルの間で変化する。説明の便宜上、変調器22の空間放射フィルターは、放射を反射するものとして説明される。ここで、各実施例において放射を反射する代わりに透過する空間放射フィルターが使用されることもあり、このような変形例も本発明の範囲内にあることが理解されている。コード化された放射ビーム56（変調器22により反射されたものが図1に示されている）は、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより、折りたたみミラー34に向けて収集、方向付け、および集束され、折りたたみミラーはコード化されたビーム56を、検出器26の出射孔44に向けて反射する。望ましくは、コード化された成分（例えば56.1および56.2）は、検出器26の表面で実質的に重なり合っている。検出器26は、コード化されたビームの、コード化された異なった放射成分の強度の合計を検出し、コンピュータ28に検出出力27を提供する。
【００７４】
図1Aに示されるように、アナライザー100の多くの実施例において、サンプル38は、放射源24と検出器26の間の光学経路に挿入される。多くの実施例において、サンプル38は、気体または液体のサンプルで満たされたサンプルセルである。いくつかの実施例において、サンプルセル38は、長時間にわたって吸収された検体を収集する、一つ以上の吸収性媒体37を含む。吸収性媒体37を熱して、一つ以上の吸着された検体を脱着させる加熱器39により、吸収性媒体37は増強される。加熱器39により吸収性媒体37から脱着された検体がサンプルセル38に閉じ込められている場合、サンプルセル38内の検体の濃度は濃縮される。サンプルセル38、吸収性媒体37、および加熱器39の例を以下で説明する。
【００７５】
オプションとして、アナライザー100は、下記のアプリケーションにおける使用のための、遠隔検出器RD26および遠隔コンピュータRD28を含む。遠隔検出器RD26および遠隔コンピュータRD28は、それぞれ検出器26およびコンピュータ28と同様のものであるが、一つ以上の遠隔地に位置している。
【００７６】
図1Aに表された光学構成は、光学成分の数が少ないため、明瞭化を期して選ばれたものである。例えば図1Aに示されるように、プレ・エンコーダ光学部品36Aおよびポスト・エンコーダ光学部品36Bは、一つの光学素子にまとめられている。変調器22に放射入力を収集し集束する、また、変調器22からのコード化されたビームを検出器26に収集し集束する、個々のより精密な光学システムを伴う他の光学構成が、ここに挙げられた各実施例で代用されることもあり、このような変形例は本発明の範囲内にある。
【００７７】
放射を放射する、あるいは散乱するサンプルを励起する、アナライザー100の実施例において、二つ目のポスト・エンコーダ光学部品（例えば36Bが36B.1および36B.2に置換されたもの、図1Aには示されていない）が有用である。例えば、36B.1はサンプルの収集のために使用される。励起放射に反応して、当サンプルは応答放射の一つ以上の成分を放射あるいは散乱させ、36B.2が、励起サンプルからのコード化された応答放射を収集し、このコード化された応答ビームを検出器26に送るために使用する。当該、およびその他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【００７８】
望ましくは、光学成分を変調器22の面と平行な一つ以上の面に実質的に限定する、付加的な光学素子（例えば折りたたみミラー）が、当機器のサイズを縮小するために有用である。より望ましくは、本発明の光学素子は、当該変調器の面と実質的に平行な二つの面に実質的に限定される。この方法で、組立および光アラインメント工程が簡易化される。より望ましくは、アラインメント工程をより簡易化してコストを削減するため、二つの面のそれぞれにおいて、個々の光学素子が単一のモノリシック光学部品（例えば射出成形による）にまとめられる。
【００７９】
本発明の別の実施例において、検出器26を、光ファイバー束、および検出器RD26およびコンピュータRC28を含む、多くの遠隔サンプル採取ステーションと置き換えることができる。このように、光ファイバーあるいはその他の適切な方法を使用して、コード化されたビームを遠隔測定地点に伝搬することにより、多くの遠隔測定を実質的に同時に行うことが可能になる。望ましくは、以下に説明される光スイッチにより発生されたタイミングシグナルが、遠隔地点で収集されたデータが適切に分析されるよう、コード化されたビームと共に伝達される。
【００８０】
図1Bは、図1Aの矢印1B-1Bに沿った、入射および出射孔32および34の面である。図1Aにもxyz軸は示されているが、矢印1B-1Bに沿った面はx軸の負の方向に沿っている。サンプルおよび・または光ファイバー（図示されていない）は、分析のため、放射源と入射孔の間、あるいは出射孔44と検出器26の間に置かれる。
【００８１】
コンピュータ28には、アナログからデジタルへの変換器28.adc、サブシグナル分離アルゴリズム28.sss（以下に説明）、復号アルゴリズム28.dec、アプリケーション特異的分離機能28.asf、およびアナログ出力28.およびデジタル出力28.digの両方が含まれる。望ましくは、検出器のアナログ出力は、放射源78aおよび光検出器79aを含む一つ目の光スイッチ70により始動される、アナログからデジタルへの変換器（ADC）28.adcによってサンプル採取される。放射源78bおよび光検出器79bを含む二つ目の光スイッチ71は、28.adcの出力と復号アルゴリズムを同期化するため、0度の基準をコンピュータに提供する。望ましくは、コンピュータのアナログ出力は、既存の分析機器のインターフェースプロトコルに連結するために使用される。さらに望ましくは、コンピュータ28のデジタル出力は、中央位置から多くの遠隔機器を監視することができるように、インターネット、ローカルエリアネットワーク（LAN）、あるいはワイヤレスネットワークへの接続を含んでいる。以下に説明されるように、また本発明から学ばれるように、変調器22内あるいは変調器22上のフィルターは、負荷サイクルの最適値50%を維持するものであり、コンピュータ28は、対象画像52における任意の放射強度分布に関する連立方程式を解かずに、変調器22によってコード化された各放射成分の振幅を決定することができる。
【００８２】
コンピュータ28はまた、モーター制御アルゴリズム（MCA）、モーター駆動ステージ制御（MSC）、過渡信号アルゴリズム（TSA）、アラインメント較正アルゴリズム（ACA）、アラインメントトラッキングアルゴリズム（ATA）、周波数補償アルゴリズム（FCA）、雑音サーチアルゴリズム（NSA）、雑音位相固定アルゴリズム（NPL）、およびパターン同心度分析（PCA）を含む、一連のユーティリティアルゴリズム28.utlを含む。これらのアルゴリズムについては、以下に説明する。
【００８３】
図1Aに示されるアラインメント探針72は、放射源78cおよび光検出器79cを含み、78cから放射され79cによって収集されるアラインメントビームが、タイミング指標および・または変調器22上の付加的な位置指標（図示されていない）により、部分的に遮断されるように位置付けられている。望ましくは、アラインメントビームは、一定の角度間隔をおいた指標がアラインメントビームのおおよそ半分を覆い、不定の角度間隔をおいた指標がアラインメントビームの他の半分を覆うように位置付けされる。より望ましくは、光検出器79cによって生成されたシグナルのマグニチュードおよび位相が回転軸40に関する変調器のパターン21の同心度と直接関連するように、アラインメントビームは一つ以上の相補的フィルターペア（以下に説明）により実質的に中心に集められる。最も望ましくは、光検出器79cのマグニチュードおよび位相は、変調器22を電動スピンドル42上に適切に配列するため、製造工程においてフィードバックとして使用される。アラインメント探針72のアナログ出力は、回転軸に対する放射フィルターの絶対位置におけるエラーを測定するため、アラインメントトラッキングアルゴリズムによって分析される。この位置エラーは、変調器の製造工程（例えば、変調器のパターンが基板上に中心を外れて印刷されて周期誤差が生じるなど）、スピンドルの揺れ（動誤差、周期誤差、あるいは非周期性誤差をもたらす）、あるいは基板の熱膨張（静電半径誤差をもたらす）などにより生じる可能性がある。望ましくは、アラインメントトラッキングアルゴリズムの出力は、アプリケーション特異的分析機能28.asfへの入力として使用され、回転軸に対する放射フィルターの絶対位置におけるエラーの影響を補償する。より望ましくは、アラインメントトラッキングアルゴリズムの出力は、一つ以上の光学素子を動的に位置付け、基板23が軸40の周りを回転するのに伴って対象画像52の変調器22上の正しい位置調整を維持する、アラインメント較正およびトラッキングアナライザー（以下図9Bに示される）において使用される。
【００８４】
いくつかの実施例において、放射を二つ以上の特定のスペクトル領域で分析することが有用である。例えば、化学成分の分析において、二つ以上の異なったスペクトル領域における、数多くのスペクトル特性を見ることにより、選択性（または識別）の改善を達成することができる。異なったスペクトル領域の例には、一つ目の検出タイプ（例えばPbSe）が一つ目のスペクトル領域（例えば3ミクロンから5ミクロン）における放射検出用に最適化されており、二番目の検出タイプ（例えばHgCdTe）が二番目のスペクトル領域（例えば8ミクロンから12ミクロン）における放射検出用に最適化されているようなスペクトル領域が含まれる。異なったスペクトル領域の別の例として、スペクトル測定の精度に予測不能な影響を与える可能性のある、一つ以上の干渉気体、および蒸気（または液体）への干渉を起こす傾向のあるスペクトル領域が含まれる。環境中の二酸化炭素（CO2）は、周知の一例である。
【００８５】
図1Cは、放射を二つの異なったスペクトル領域でコード化および分析する、アナライザー100の実施例の概略図である。放射源24.SR1は、一番目のスペクトル領域の放射を提供する。プレ・エンコーダ光学部品36A.SR1は、放射源24.SR1からの放射54.SR1を収集し、変調器22の一番目の表面に対象画像52.SR1を形成する。ポスト・エンコーダ光学部品36B.SR1は、56.SR1に反応してシグナル27.SR1を提供する検出器26.SR1上に、コード化されたビーム56.SR1を収集し、方向付ける。検出シグナル27.SR1は、28.adc.1によってサンプル採取され、28.dec.1によって復号される。同様の方法で、放射源24.SR2は、二番目のスペクトル領域の放射を提供する。プレ・エンコーダ光学部品36A.SR2は、放射源24.SR2からの放射54.SR2を収集し、変調器22の二番目の表面に対象画像52.SR2を形成する。ポスト・エンコーダ光学部品36B.SR2は、56.SR2に反応してシグナル27.SR2を提供する検出器26.SR2上に、コード化されたビーム56.SR2を収集し方向付ける。検出シグナル27.SR2は、28.adc.2によってサンプル採取され、28.dec.2によって復号される。56.SR1および56.SR2の両方からの復号成分は、28.utlおよび28.asfへの入力として使用される。
【００８６】
図1Cに示されるように、サンプル38.SR1は一番目のスペクトル領域のコード化された放射により調べられ、サンプル38.SR2は二番目のスペクトル領域の放射により調べられる。いくつかの例において、同じサンプルを両方のスペクトル領域の放射によって調べることが有用である。当該、およびその他の変形例は本発明の範囲内にある。
【００８７】
図2は、本発明の実施例を表す、四つの異なった放射強度フィルターを備えた放射変調器の上面図である。図2に示されるように、変調器22Aは、四つの放射フィルター、50a、50b、50c、および50dを含んでいる。これらのフィルターは、非反射性基板上の放射反射性材料のパターン層として、あるいは反射性基板上の非反射性材料のパターン層として形成される。一方、これらのフィルターは、パターン化された放射透過性基板として形成されることもある。説明の便宜上、放射強度フィルターは放射を反射するものとして説明される。ここで、各実施例において、放射を反射する代わりに透過する、あるいは位相差を生じさせる放射強度フィルターが使用されることもあり、このような変形例も本発明の範囲内であることが理解されている。変調器22Aにおいて、四つの放射フィルター、50a、50b、50c、および50dは、放射軸に沿って不定の間隔で、また異なった放射幅で集中されている。好適実施例において、放射フィルターの放射位置、放射幅、および変調度は、特定の分析機能28.asfに合わせ、個別に最適化されている。変調器22Aはまた、一定の角度間隔60にある多数のタイミング指標と、一つ以上の不定角度間隔61にあるタイミング指標を含む。
【００８８】
望ましくは、タイミング指標は反射性であり、放射源78a、78b、78c、および光検出器79a、79b、79cは、変調器の同側に位置している。このように、放射源78a、78b、78c、光検出器79a、79b、79cを、同じPC板状に取り付けることができる。また交互に、基板がタイミングビームを透過してタイミング指標がタイミングビームを遮るか、あるいは基板がタイミングシグナルを遮光して、タイミング指標が基板を圧延するまたはエッチング処理する。従って、光検出器79bの出力は、回転角度指標61のゼロを表示するため、また、79aは、各タイミング指標60の経路のインスタンスを表示するためにコンピュータ28に接続する。当該インスタンスは、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴い、検出器26からの出力の位相依存的サンプル採取のため、コンピュータ28によって使用される。
【００８９】
より望ましくは、タイミング指標60および61、また光スイッチ70および71は、回転軸40に沿って変調器22と同軸上に取り付けられた、市販のインクリメンタルロータリエンコーダ（IRE）と置き換えられる。IREからのシグナルと変調器22の回転の同期化については、以下に説明する。
放射強度フィルター
【００９０】
好適実施例において、本発明の放射フィルターは変調関数を有し、この関数は、mが整数である関数式sin2 (mθ + pπ/4)のデジタル化された近似値、あるいはレプリカ（例えばハーフトーン表示）である。例えばフィルター50aは変調関数sin2 (3θ)の、フィルター50bは変調関数sin2 (5θ)の、フィルター50cはsin2 (7θ)の、そしてフィルター50dはsin2 (9θ)のデジタル化された近似値である。図2に示されるように、放射フィルター50a‐50dのそれぞれの反射率あるいは透過率は、回転軸40の周りの、変調器22Aの回転角度θに関する特定の関数として変化する。変調器22Aの対象画像50に対する任意の所定回転角度において、変調放射の振幅は、非連続的放射フィルターによって反射された（あるいは透過した）放射の比率によって得られる。変調器22Aが軸40の周りを回転するのに伴い、放射成分52aは放射フィルター50aの異なった部分上に集束される。このように、変調器22Aが回転するのに伴い、放射成分52aは、放射フィルター50aの角度依存的反射率によってコード化される。
【００９１】
図2に示されるように、活性範囲53aは、対象画像52と、放射フィルター50aを包含する環状領域の重なりを含む。コード化された成分56a（反射あるいは透過した）の相対強度は、53a内の50aの非連続的領域の総合面積と53a（放射成分52aの強度分布により適切に加重された）の総合面積との比率により得られる。方位軸Θに沿った50aの最小非連続的領域であるビット領域（例えばピクセル、あるいはドット）の幅が、方位軸に沿った対象画像の幅の半分、あるいはそれ以下である場合、入射光の強度は、隣接する0、1、2ビット領域（ビット領域の面積の二倍の、二番目の非連続的領域を形成する）が対象画像52の下に移動するのに伴い、三段階の実質的に異なった対象レベルにより変調される。これは、反射率（あるいは透過率）{0、0.5、1}の2ビットのハーフトーンと同様である。対象画像の幅に比べ、幅の狭い非連続的領域を使用することにより、実質的に異なった対象レベルの数を増加することができる。
【００９２】
図2に示されるように、変調器22aの放射強度フィルター50a‐50dは、変調器22が軸40の周りを回転するのに伴い、対象画像52の一部を、関数式sin2 (mθ)のデジタル化された近似値、あるいはレプリカ（例えばハーフトーン表示）としてコード化するように個々に処理された、方位軸に沿った同心バーコードに類似している。放射フィルター50a‐50dは、基板23と実質的に異なった光学特性を有する複数の非連続的領域を含む。この領域は、方位軸に沿った対象画像52の幅よりも実質的に小さい、方位軸Θに沿った空間範囲を有する値を含んでいる。図2に示されるように、本発明の放射フィルターを含む非連続的領域の総数は、複製された実質的に滑らかな関数中の極大値よりも大きい。例えば、関数sin2 (mθ)の、{0、2π}の範囲での極大値は2m（sin2 (mθ)=1）であるが、本発明の最良な状態の放射フィルターは、少なくとも二つの異なったサイズで、少なくとも二つの異なった地域間の間隔のある、最小値4mの非連続的領域を有し、同じ範囲にわたってsin2 (mθ)のハーフトーン表示を提供する。コントラストレベル、あるいはグレイスケールの数は、方位軸Θに沿った、対象画像幅と最小の非連続的領域（例えば選択されたリソグラフィーの最小形状）の幅の比率に、1を加えたものと実質的に等しい。
【００９３】
変調器22Aのフィルターの変調関数は、放射方向と方位角方向の両方において変化することができる。図2の実施例において、フィルター50a‐50dの変調関数は、方位角方向のみで変化し、放射方向では変化しない。フィルター50a‐50dはそれぞれ、実質的に一定の放射幅を有する二次元環状範囲を占めている。図2に示された放射フィルターは、入射光の強度を、コード化されたチャンネルの放射幅と交差して、均一に変調する。結果として本発明は、任意の放射強度分布により起こる、変調波形のゆがみに影響されない。対象画像52が分散画像である場合、フィルター50a‐50dによりコード化された空間成分の強度は、帯域幅とは独立して変調される。対象画像52が広域放射源の画像である場合、フィルター50a‐50dによりコード化されたスペクトル成分の強度は、変調器22の放射軸に沿って放射される広域放射源の軸に沿った、空間解像度（あるいは視野）とは独立して変調される。
【００９４】
本発明の別の実施例において、放射フィルターの放射幅に交差して連続的に伸びている、50a‐50dに示される「バーコード」のような構造は、変調度を制御する、および・または利用できる異なったコントラストレベル数を増加させるために細分される。この実施例は、直交性を改良するため、あるいは帯域幅（または視野・照明フィールド）とは独立してチャンネルごとに変調度を制御するために有用であり、これは一つ以上のチャンネルが入射光全体の不相応に大きな割合を占めているようなシステムにおいて、シグナルレベルのバランスをとるのに有用である。望ましくは、放射フィルターにおける連鎖的な「バーコード」のような構造は、「碁盤の目」のようなパターンに細分され、任意の放射（および・または方位角）強度分布により生じる（コード化された成分の）波形のゆがみを実質的に排除しながら、変調度を制御する、および・または利用できる異なったコントラストレベル数を増加させる。
【００９５】
好適実施例において、変調器22A上の放射フィルター50a‐50dは、基板とは実質的に異なった光学特性を有する複数のピクセルを実質的に包含する環状領域を含む。このピクセルは、実質的に環状領域内でパターン化され、主に方位軸に沿った対応する成分の強度を変調し、コード化された成分を提供する。このとき、コード化された成分の振幅は、基板が回転軸40の周りを回転するのに伴い、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルの間で変化する。反射率、あるいは透過率の低い基板、および上述の基板上の反射率の高い材料のパターン層を使用する（あるいは遮光性の基板のパターン化された透過域を形成する）代わりに、放射フィルターを異なった方法で構成することができる。従って、反射率あるいは透過率が中程度の基板を代用することもできる。高反射率あるいは透過率を必要とするフィルター領域においては、（反射層の蒸着あるいは透過域の形成により）そのような特性を有する領域が形成され、反射率の低い、あるいは遮光性材料の層は、かかる特性を要する領域に蒸着される。
【００９６】
反射率あるいは透過率の高低の交互のパターンを使用する代わりに、事実上デジタル化されていない「アナログ」の、実質的に直交する変調関数を伴う変調器を構築することも可能である。従って、この目的のため、減光フィルターが使用され、このとき当フィルターは、非反射性あるいは透過的な基板上への放射反射性材料のスパッタリングにより形成される。スパッタされた材料の厚み（あるいは、例えばSi、Ge、GaAsなど、一つ以上の半導体基板内のドーピング濃度）によって透過あるいは反射量が制御され、実質的に連続的な滑らかな強度変調関数が得られる。この実施例において、放射フィルターは、方位軸に沿った実質的に継続的に可変性の光学特性を有し、この光学特性は連続的に変化して、対応する成分の強度を、回転軸に関する変調器の回転角度の実質的に滑らかな関数として変調する。
【００９７】
図3Aは、20のコントラストレベルあるいはグレイスケールを使用した、sin2 (mθ)の四捨五入によって得られる、m = 1およびp = 0である場合の関数式sin2 (mθ+pπ/4) のデジタル化された近似値51を表す。三段階のグレイスケールのsin2 θのデジタル化された近似値51xもまた示されている。通常、グレイスケールの段階数が多いほど、デジタル化された近似値が破線50'で示される理想的な変調関数sin2 (θ)に近くなる。当然、理想的な関数の他のデジタル化された近似値50'が使用されることもあり、これらは本発明の範囲内である。様々なコード化された成分に起因する検出シグナルへの入力を、連立方程式を解く必要なく識別することが可能な場合、デジタル化された近似値は適正であり、デジタル化の影響を補う、少数で有限数の訂正を含む。
【００９８】
図3Bは、限定されたデジタル化が、理論的に直交する振幅波長関数sin2 (mθ+ pπ/4) に及ぼす影響を示す図である。データポイントは、p = 0およびm = 1-25である場合の、25チャンネルシステムについて得られた。復号された振幅の差は、25の振幅を単一に標準化し、振幅の一度目の復号を行い、次に単一チャンネルの振幅を変化させ、さらに振幅の二度目の復号を行うことによって決定される。平均出力エラーは、チャンネルの数で割られた、一番目と二番目の復号された振幅の絶対差の合計により得られる。図50E.1、50E.2、および50E.3は、基本、m = 1、一番目の高調波、m = 2、および二番目の高調波、m = 3の振幅を、+/-100%で変化させた結果得られるエラーである。さらに、m = 11のタームの振幅を変化させたときのエラーが、50E.11によって示されている。この図は、限定されたデジタル化が、変調波長関数の直交性に及ぼす影響を明確に表している。低性能のアプリケーションでは、既定の精度仕様に合わせるため、コントラストレベルは3‐10段階程度しか必要とされないが、光度計の精度にプレミアムが課されるような、高性能のシステムでは、100段階以上のコントラストレベルが必要とされることもある。最も厳しいアプリケーションでは、以下に説明される一次振幅補正が使用され、干渉のため復号された振幅が補正される。
【００９９】
上述のように、本発明の多くの利点は、負荷サイクルの最適値50%を維持するフィルターの変調関数を選択し、検出シグナルを復号して、二つ以上のコード化された成分のそれぞれの振幅を、連立方程式を解く必要なしで得ることが可能であるという事実に由来する。多くのアプリケーションについて、変調関数がおおよそ直交する場合にこれが可能となる。高精度を必要とするいくつかのアプリケーションについて、実質的な直交性を以下のように定義付けることが有用である。一番目（二番目）のコード化された成分を100%変化させることにより、以下に説明される一次振幅補正を適用した後、100の一部分未満の二番目（一番目）の成分の復号された振幅にエラーが起こる場合、二つの放射フィルターの変調関数は、実質的に直交するものと考えられる。
対象画像
【０１００】
図4Aおよび図4Bは、本発明を図示する、図1Aのプレ・エンコーダ光学部品36Aにより変調器22上に形成された対象画像52の図である。上記のように、当対象画像は、エンコーディング軸に沿った異なった部分に集束された分散画像であるか、あるいは、エンコーディング軸に沿った異なった部分に集束された、異なったスペクトル成分を有する拡張画像である。図4Aおよび図4Bには、簡潔化のため、図2のフィルターの50aおよび50bが図示されている。望ましくは、図4に示されるように、エンコーディング軸は変調器22の回転軸Rに実質的に沿っている。対象画像の幅は、エンコーディング軸に垂直な空間範囲として定義される。
【０１０１】
図4Aは、対象画像が、分散軸が回転軸Rに沿ったブロードバンド、あるいは多波長放射源の分散画像である場合の事例を図示する。変調器22Bによりコード化された二つの異なったスペクトル成分52aおよび52bは、図4Aの平行線模様により示される。スペクトル成分52aは、中心波長(λ2+λ1)/2および帯域幅(λ2-λ1)によって特徴付けられる。同様に、スペクトル成分52bは、中心波長(λ4+λ3)/2および帯域幅(λ4-λ3)により特徴付けられる。ブロードバンドあるいは多波長放射源の例には、黒体ラジエータ、白熱ランプ、発光ダイオード、低圧ガス、光学的、生物学的、あるいは化学的に励起されたサンプル、液体中に分散された蛍光標識ビーズ、色素レーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ガスレーザー、多波長光ファイバー、高温ガス、および・または蒸気流、加熱炉、プラズマ、コロナ放電、原子発光、および反射または集束された太陽光などが含まれる。
【０１０２】
図4Bは、対象画像52が拡張画像（広域放射源の画像）である場合の事例を図示する。この場合、52aおよび52bは、広域放射源の二つの異なった空間成分として認識され、S1およびS2は52aの空間の境界（視野）を定め、S3およびS4は52bの空間の境界（視野）を定める。励起に反応して放射を放射、散乱、透過、あるいは反射する異なったサンプルの集合は、広域放射源の一例である。この場合、空間成分52aおよび52bは、当集合内の特定なサンプルにより放射、散乱、透過、あるいは反射された放射に対応する。広域放射源の二番目の例として、直線配列の光ファイバーが挙げられる。この場合空間成分52aおよび52bは、当配列内の特定のファイバーにより放射、散乱、透過、あるいは反射された放射に対応する。広域放射源の三番目の例としては、帯域通過フィルターおよび・またはダイクロイックミラーの集合、リニア可変フィルター、あるいは相関放射測定セルの集合を透過した放射が挙げられる。この場合、空間成分52aおよび52bは、当集合中の二つの異なった帯域通過フィルター、あるいはリニア可変フィルター（または二つの異なった相関放射測定セル）の二つの異なった部分を透過、あるいは反射した放射に対応する。広域放射源の四番目の例は、放射源の集合（例えば直線配列発光ダイオード、あるいはレーザーダイオードなど）である。この場合、空間成分52aおよび52bは、当集合に含まれる個々の放射源から放射される放射に対応する。広域放射源の五番目の例には、一つ以上の屈折性、あるいは反射性光学素子（例えば一連のビームスプリッタ）と結合して、複数の実質的に同一のサブ画像を形成する、一つ以上の励起源が挙げられる。広域放射源のその他の例に、半導体ウエハーおよび回路、メカニカルアセンブリ、マルチモード光ファイバー、マルチレーン電気泳動、および干渉パターン（例えば、一つ以上の励起源が回折光学部品と結合して、各励起源の複数のサブ画像を形成する）、および広範囲にわたって収集された、反射あるいは集束された太陽光などが含まれる。
復号アルゴリズム
【０１０３】
与えられた任意の回転角度において、図1Aの検出器26に入射したシグナルの合計は、変調器22上の、対応する放射フィルター50a‐50dの、角度依存的反射率により個別にコード化された、選択された放射成分521‐52dから発生するサブシグナルの合計によって得られる。通常、当放射フィルターは、mが整数、あるいは半整数である式、sin2 (mθ+ pπ/4)におけるmおよびpの値を特定することにより規定される。従って通常、図1Aの検出器26により検知された、変調器22A、あるいは当明細書に記載された他の変調器などの放射変調器からのコード化されたビームの強度は、以下の方程式によって得ることができる：
【数１】
2005519309.tif 000003
このときS(θ)は検出器26によって検知された強度であり、この合計には、与えられた変調器の設計中に存在するフィルターに対応した、mおよびpのすべての値が含まれている。方程式（1）において、am,pは、sin2 (mθ+ pπ/4)のデジタル化された近似値、あるいはレプリカ（例えばハーフトーン表示）である変調関数を有する、放射フィルターによりコード化された成分の振幅である。本発明は、負荷サイクルの最適値50%を維持すること、また、任意の放射幅を有するエンコーディングチャンネル、および任意の放射強度分布を有する対象画像の連立方程式を解くことなく、コード化された成分の振幅を測定することを可能にする。方程式（1）の加算プロセスにおいて、特定の変調器中に存在するフィルターが、mおよびpの値のすべての組み合わせに対応するフィルターを含むというわけではない。これは、pの値が0のみである、図2の変調器22a、およびすべてのフィルターについてmの値が3のみである、図5の変調器22Bに例示されている。当該事態において、変調器中に存在しないフィルターの振幅am,pは、0のみである。望ましくは、復号アルゴリズム28.decは、変調器上にパターン化されるmおよびpの値のリストを備えており、方程式（1）の加算は当該リストに制限されている。より望ましくは、28.decが常に正しいリストを使用して検出シグナルをコード化できるよう、当リストはディスク上にコード化されている。
【０１０４】
更なる利点として、本発明は、変調器駆動システム、データ収集、および復号アルゴリズムへの汎用アプローチを可能にする。例えば、電動スピンドル42は、（段階付けされた回転に反し）ほぼ一定の周波数で回転し、検出器のアナログ出力は、タイミング指標60に反応して光スイッチ70によって始動される、アナログ‐デジタル変換器（ADC）28.decによってサンプル採取される。不定角度間隔61のタイミング指標に対応する光スイッチ71は、コンピュータ28に0度基準を提供し、28.adcの出力を復号アルゴリズム28.decと同期化させる。従って、当復号アルゴリズムは、方程式（1）により定められたすべての関数、および変調された成分の数値および恒等式｛m、p｝に互換性があり、またコード化されたデータ上で機能する特定の分析関数は、アプリケーション特異的ソフトウェアで決定される。望ましくは、変調器上の放射フィルターに対応する｛m、p｝値のリストは、ディスク上にコード化される。
【０１０５】
もしもpおよびqが整数である場合、三角関数sin2 (mθ+ pπ/4)は以下の正規直交の関係に従う。
【数２】
2005519309.tif 000004
コード化されたスペクトル成分の振幅am,pは、下記の方程式（3）に基づいて、三角関数の直交特性を用いて決定される：
【数３】
2005519309.tif 000005
一次振幅補正
【０１０６】
三角関数sin2(mθ+ pπ/4)のデジタル化された近似値、あるいはレプリカの使用によって生じる一つの問題は、上述の方程式（2）により説明され、方程式（3）で使用される直交性が、不正確であることである。その結果、いくつかのアプリケーションでは、干渉項を考慮に入れ、それぞれの振幅を他のチャンネルからの干渉について補正することが必要となり、これは、当然ながら、継続的に高次化する一連の補正項へとつながる：
【数４】
2005519309.tif 000006
このときゼロ次振幅係数は次の式により決定され、
【数５】
2005519309.tif 000007
一次振幅係数は、以下の式により得られる。
【数６】
2005519309.tif 000008
このとき、パターン化された放射フィルター上の加算において、n = mおよびq = p である項は除外されるということが理解されている。
【０１０７】
方程式（6）において、行列要素は、順次に減少するあるいは増進するan,qの振幅、および
【数７】
2005519309.tif 000009
の変化の測定により決定される。例えば、
【数８】
2005519309.tif 000010
を
【数９】
2005519309.tif 000011
に起因する
【数１０】
2005519309.tif 000012
の観察された変化と特定した場合、
【数１１】
2005519309.tif 000013
に課された変化、つまり対応する行列要素は、以下の式によって得られる。
【数１２】
2005519309.tif 000014
【０１０８】
望ましくは、
【数１３】
2005519309.tif 000015
に課された変化は、放射フィルターの放射幅とサイズが匹敵する、絞りあるいはぼかしを備えた可動マスクにより促進される。このとき当マスクは、入射光が、順に放射フィルターから選択的に透過、あるいは遮断されるよう、変調器22の回転軸に沿って平行移動される。例えば、変調器22に平行に、あるいは変調器22のすぐ上またはすぐ下の面に取り付けられ、回転軸40に関して段付けされた、らせん状の絞りあるいはぼかしを備えたディスク。より望ましくは、
【数１４】
2005519309.tif 000016
に課される変化は、入射光が、順に選択的に放射フィルターによって変調されるように、変調器22の回転軸に沿って個別に、あるいは集合的に平行移動される、特定の放射源および検出器によって促進される。最も望ましくは、放射軸に沿った特定の放射源のビームサイズは、変調器22上の一番狭い放射フィルターの放射幅よりも実質的に小さい。このように、変調された成分をそれぞれに隔離し、それぞれの高調波内容をより正確に測定することができる。さらに、特定の放射フィルターを照射および・または隔離する当該装置を使用して、以下に説明される二次的なエンコーダタイミングシグナルの同期化のための、既知のエンコーディングシグナルが形成される。
【０１０９】
実際には、方程式（5）に示される積分は、回転ごとのデータ収集（DAQ）イベント（あるいは間隔、ステップ、あるいはサイクル）数であるMが分母となる離散加算と置き換えられる。起動時に、一連の復号係数（例えば三角関数表）が、回転のDAQ間隔で評価されたcos (2mθ+pπ/2)の値により規定され、初期化される。
【数１５】
2005519309.tif 000017
ゼロ次振幅係数は、対応する復号係数により乗算された、個々のシグナル測定の加算により得られる。
【数１６】
2005519309.tif 000018
このときS(j)は、j番目のDAQステップでの検出器からのADC測定値、すなわち28.adcからの出力である。与えられたアプリケーションに必要である場合、完全な回転の後に、一次振幅補正が評価される：
【数１７】
2005519309.tif 000019
このとき、n = mおよびq = pとなる項が除外されていることがわかっている。前回補正が評価されてから、振幅が著しく変化していない場合は、補正の再評価をする必要がないことに留意されたい。
過渡信号の検知
【０１１０】
望ましくは、図1のコンピュータ28は、過渡信号アルゴリズム28.utl（TSA）を含み、変調器22の回転周期中に起こる、コード化された成分の振幅における過渡電流を検知する。より望ましくは、当コンピュータは過渡信号を分析して、高調波内容を測定する。各DAQステップjにおいて、28.utl（TSA）は一つ以上の、以前の検出シグナル、あるいは上述の方程式（9）によって定められ、最後に算出されたゼロ次振幅係数を使用して計算される推定シグナルから、検出シグナルを減算する：
【数１８】
2005519309.tif 000020
このときSk(j)は、k番目の回転周期のj番目のステップで測定された28.adc（検出シグナル）からの出力であり、また、
【数１９】
2005519309.tif 000021
は、(k-1)番目の回転周期の、計算されたゼロ次振幅係数である。マグニチュードΔSk(j)は、サブ回転周期時間の尺度で起こる、一つ以上のコード化された成分における振幅の過渡電流を検知するのに使用される。望ましくは、マグニチュードΔSk(j)が既定の閾値を上回った場合には、アナライザーのオペレーティングシステムは、電動スピンドル42の速度を加速するように28.utl（TSA）によって指定され、マグニチュードΔSk(j)が二番目の規定閾値をある一定の時間以上にわたって下回った場合には、アナライザーのオペレーティングシステムは、電動スピンドル42の速度を減速させるように28.utl（TSA）によって指定される。このように、当電動スピンドル42は、可能な限り低速で運転され、その結果動作寿命を延長させることができる。より望ましくは、ΔSk(j)は、充分な回数のDAQサイクルにわたって28.utl（TSA）によって分析され、その高調波内容が測定され、続いて復号アルゴリズムによる入力として使用され、サブ周期シグナル過渡電流によって生じる高調波干渉を補正する。電動スピンドル42の制御は、電動スピンドル42へのコントロールシグナルラインを経由して、28.utl（MCA）および28.dacを用いることによって遂行される。
変調器のパターン
【０１１１】
図5は、本発明の別の特徴を図示する、放射変調器22Bの上面図である。変調器22Bは、四つの放射フィルター50.5、50.6、50.7、および50.8を備えており、この四つの放射フィルターの変調関数は皆、図2の変調器22Aに関して上述された一般形式sin2(mθ+ pπ/4)のデジタル化された近似値である。図5の変調器22Bにおいて、放射フィルター50.5および50.6は共にm値が3であり、p値は順に0および1である。同様に、フィルター50.7および50.8は共にm値が5であり、p値が順に0および1である。方程式（2）に定義された直交性の関係の検討により、変調器22B上の四つの放射フィルターすべてが、互いに実質的に直交していることが明らかである。変調器22上にパターン化され得る最高高調波（m値）は、方位軸に沿った対象画像52の幅、および望みの半径上での変調器22の外周により決定される。同一のm値で、p値が奇数分異なるフィルターペアを使用することにより、所定の高調波までの直交フィルターの数を倍増することができる。
【０１１２】
図6は、本発明の別の特徴を図示する、放射変調器22Cの上面図である。変調器22Cは、同一の変調関数（m値およびp値が同一であるsin2(mθ+ pπ/4)）を有し、回転軸40からの異なった半径上に位置し、また異なった放射成分をコード化するため互いから離れている、四つの放射フィルター50.9、50.10、50.11、および50.12によりパターン化されている。これにより、一群の接触していない放射成分が集合的に変調され、アナライザーの信号対雑音比が増進される。
【０１１３】
図7は、本発明の別の特徴を図示する、放射変調器22Dの上面図である。変調器22Dは、放射フィルター｛50.13、50.14｝を含む55.1、および放射フィルター｛50.15、50.16｝を含む55.2の二対の放射フィルターペアと、単一の対を成さない放射フィルター50.17によってパターン化される。変調器22Dにおいて、フィルターペア55.1および55.2は、｛50.13、50.14｝および｛50.15、50.16｝のペアをそれぞれに含む、二つのフィルターに入射する放射強度の差を測定するように設計されている。各フィルターペアを含む当フィルターの変調関数は、相補的、あるいは位相が一致しておらず、コード化された成分の振幅および位相は、二つのフィルターに入射する放射の相対的比率により測定される。変調器22Dにおいて、フィルターの変調関数は皆、一般式sin2(mθ + pπ/4)のデジタル化された近似値である。式sin2(mθ+ pπ/4)の変調関数について、相補的配置とは、同一のｍ値と、偶数値によって異なるp値を有するペアを含んだものである。
【０１１４】
図7の55.1に関し、フィルター50.13および50.14は互いに隣接している。このように、55.1から得られるシグナルは、境界半径BR.1において測定された放射位置について、強度分布の微分に実質的に相当する。一つの実施例において、フィルターペア50.17から得られるコード化された成分の振幅は、50.13および50.14に入射する放射の強度のバランスをとることにより、無効あるいはゼロになる。
【０１１５】
図7の55.2に関し、フィルター50.15および50.16は、回転軸に沿って互いから離れている。結果的に得られるコード化された成分の振幅および位相は、二つのフィルターに入射する放射の相対的比率により測定される。これにより、回転軸に沿って互いから離れている二つの放射成分の強度を、直接測定することが可能となる。多くのアプリケーションにおいて、分析関数28.asfが、対応する絶対強度により、一つ以上の強度の差を標準化する。変調器22Dにおいて、フィルター50.17は、50.15と50.16の中間地点で絶対強度を提供するように設計されている。50.17の変調周波数（m値）は、50.17から発生されるシグナルが、検出器26とアナログからデジタルへの変換器28.adcの間で、適切な電子帯域通過フィルター28.bpfを使用してフィルターされるよう、55.2の変調周波数よりもかなり高くなるように設定されている。望ましくは、図qの、この電子帯域通過フィルター28.bpfはプログラム化の可能な通過域を備えており、必要に応じて、50.17から発生する信号のシグナル経路28.adcへの出入りをスイッチで切り替えることができる。このように、フィルター50.17によりコード化された放射の絶対強度を、構成サイクル中に測定し、続いて相補的なペア55.2によってコード化された強度の差を標準化するため（例えば機器の速度や解像度を促進する、および・または28.adcのダイナミックレンジを維持するため）に使用することができる。別の方法では、検出器26からのシグナルを、異なった電子帯域通過フィルターにより二つのシグナル経路に分岐し、一つ目のADCを55.2によりコード化された成分の測定のために使用し、二つ目のADCを50.17によりコード化された成分の測定のために使用することができる。
【０１１６】
図8は、本発明の別の特徴を図示する、放射変調器22Eの上面図である。変調器22Eは、ペアに含まれル二つのフィルターに入射する放射強度の差を測定するための、二つの放射フィルターペア55.3および55.4を備えている。変調器22Eはまた、55.3および55.4をそれぞれに包含する環状領域に入射する放射強度の合計を測定するための、二つの、対を成さないフィルター50.22および50.23を備えている。55.3および55.4から得られるコード化された成分は互いに直行しており、50.22および50.23から得られるコード化された成分もまた、互いに直行している。図8において、55.3および50.22は、同一環状領域内の異なった環状部分を占めており、55.3が変調器22Eの上部半分（0度から180度の間の環状部分）に、50.22が変調器22Eの下部半分（180度から360度の間の環状部分）の位置にある。同様に、55.4および50.23も同一環状領域内の異なった環状部分を占めており、55.4が変調器22Eの上部半分に、50.23が変調器22Eの下部半分の位置の位置にある。変調器22Eが反時計回りに回転するのに伴い、対象画像52は、回転の最初の半分の周期では55.3および55.4により、また次の半分の周期では50.22および50.23によりコード化される。望ましくは、コンピュータ28は、サブシグナルセパレータアルゴリズム28.sssを使用して、検出シグナルを、｛55.3、55.4｝および｛50.22、50.23｝にそれぞれ対応する、二つのサブシグナルに分岐する。これらの二つのサブシグナルは、復号アルゴリズム28.decによって処理され、コード化された成分の振幅を測定する。さらに望ましくは、二つのフィルターペア（55.3および55.4）と、二つの対を成さない放射フィルター（50.22および50.23）は、それぞれ固有のエンコーディング関数によりコード化され、負荷サイクル25%の、四つの実質的に直交したコード化された成分を提供する。このように、境界半径で測定された放射位置に対する強度分布の微分と、コード化された各放射成分の合計強度の両方を、実質的に同時に測定することが可能である。変調器22Eには、変調器22の一つ以上の不完全回転周期に基づいた、変調関数の特例が組み込まれている（以下の説明を参照）。
【０１１７】
環状領域、環状部分、および変調器22Eの放射フィルターペアの配置は、例示的な目的で選定されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。また、別の環状領域、別の環状部分、別の放射位置および・または放射フィルターおよびフィルターペアの放射幅などを含む他の形状も、本発明の範囲内にある。
アラインメント較正およびトラッキングアナライザー
【０１１８】
図9Aは、焦点上のプレ・エンコーダ光学部品36Aの一つ以上の素子と、変調器22上の対象画像52の位置を移動したときの影響を図示する概略図である。簡潔化のため、「変調器22上の対象画像52のアラインメント」は、i）基板23の表面上にある対象画像52の焦点、およびii）変調器22上の対象画像52の両方の意味を含むものと定義する。したがって、図9Aに示されるように、折りたたみミラー34が34(1)の位置にあるとき、対象画像52'のアラインメントは適切ではないが、折りたたみミラー34が34(2)の位置にあるときは、対象画像52'は変調器22の表面上に適切に位置調整されている。様々な成分を拡張、あるいは制限すること、また、周囲の温度変化に反応して36Aの備品を取り付けることにより、変調器22の表面上の対象画像52のアラインメントに、不要な変化が生じる可能性がある。変調器22の表面上の対象画像52の照準ミスの別の原因に、温度の関数としての変調器の半径の変化がある。
【０１１９】
アナライザー100のアラインメント較正およびトラッキングアナライザーの別の実施例において、一つ以上の光学素子の位置をコントロールすることで、システム中のアラインメントエラーが補正される。この目的のため、折りたたみミラー34が可動ステージ上に取り付けられる。望ましくは、対象画像52が変調器22上に適切に位置付けられるように、折りたたみミラーを34(2)の位置に動かすための、28.dacによって駆動される一つ以上の作動装置により制御される。
【０１２０】
図9Bは、アラインメント較正およびトラッキングアナライザーの概略図である。このとき折りたたみミラー34の位置は可動ステージ35により制御されている。望ましくは、可動ステージ35は、一つ以上の軸に沿って折りたたみミラー34を平行移動させるため、一つ以上の作動装置を組み込んでいる。より望ましくは、可動ステージ35は、一つ以上の軸に沿っておよび・またはその周りを、折りたたみミラー34が平行移動および・または回転するように、二つ以上の作動装置を組み込んでいる。このように、適切なコントロールシグナルにより、可動ステージ35を使用して、対象画像52を変調器22上に正確に配列するため、折りたたみミラー34の位置を決めることができる。
【０１２１】
アラインメント較正メカニズムには、一つ以上のアラインメント成分（あるいはチャンネル）の、復号された振幅および位相、アラインメント較正アルゴリズム28.utl（ACA）、復号された振幅を変調器22上の対象画像52のアラインメントに適応させる一つ以上の較正曲線、デジタル‐アナログ変換器28.dac、電圧制御式可動ステージ35、および折りたたみミラー34が含まれる。
【０１２２】
アラインメントトラッキングメカニズムは、タイミング指標60および61および・またはアラインメント指標62、アラインメント探針72、アラインメントトラッキングアルゴリズム28.utl（ATA）ハードウェアドライバー28.drv、可動ステージ35、および折りたたみミラーを含む。望ましくは、折りたたみミラー34は、対象画像52を変調器22上に適切に配列するために、折りたたみミラー34の位置付けをする、一つ以上の作動装置を組み込んだ可動ステージ上に取り付けられる。
【０１２３】
アラインメントトラッキングアルゴリズム28.utl（ATA）への入力は、タイミング・位置指標60、61、および・または62（あるいは望ましくは、以下に説明する一つ以上の相補的フィルターペア）、および変調器22の回転に対応するアラインメント探針72の出力である。アラインメントトラッキングアルゴリズム28.utl（ATA）は、アラインメント探針72の出力を分析し、スピンドルの揺れ、振動、あるいは基板23上の調整不良の変調器22を検知する。望ましくは、アラインメントトラッキングアルゴリズム28.utl（ATA）一つ以上のトラッキング係数を生み出し（あるいは算出し）、これが後にアプリケーション特異的関数28.asfによって使用され、検知されたスピンドルの揺れ、振動、あるいは基板23上の調整不良の変調器22を補正する。より望ましくは、アラインメントトラッキングアルゴリズム28.utl（ATA）は可動ステージ35が、折りたたみミラー34（および・またはその他の光学素子）の位置を動的に決め、対象画像52を適切に配列するためのコントロールシグナルを発生する。最も望ましくは、28.utl（ATA）の出力を、製造工程において、組立の技術者にフィードバックを提供するために使用することが可能である。このように、回転軸40に対する変調器22のエンコーディングパターンの同心度を、与えられたアプリケーションのためのアラインメントトラッキングが不要となるところまで最適化することができる。
【０１２４】
アラインメント較正アルゴリズム28.utl（ATA）への入力は、一つ以上のアラインメント成分の復号された振幅である。一つ以上のアラインメントチャンネルに整理された専用のフィルター、および相補的なフィルターペアを、アラインメントのために図9に描かれたアナライザーにおいて使用することができる。図9Cは、二つのシグナルチャンネルと二つのアラインメントチャンネルを含んだ、放射フィルターおよびフィルターペアを備えた変調器22の、実行可能な一つの実施例を図示する。変調器22Fにおいて、放射フィルター50.24および50.25の放射位置は、対象画像52の二つの想定されるアラインメント成分の基準放射位置に対応する。アラインメント成分の例として、二つ以上の異なった蛍光サンプルのサブイメージ、光ファイバーアレー中の専用の参照ファイバー、サンプルの分散あるいはフィルターされた放射特性、および一つ以上の光学素子の分散あるいはフィルターされた放射特性（例えば、フィルターの端面）が含まれる。放射フィルター50.24および50.25は、順に、放射フィルターペア55.5および55.6によって抑制されている。放射フィルターペア55.5および55.6は、相補的（例えば、180度位相外）変調関数を備えた放射フィルターを含み、結果として得られるコード化されたアラインメント成分の振幅および位相は、二つのフィルターに入射する放射の相対比率により測定される。望ましくは、55.5および55.6を含むフィルターの位置および放射幅は、対象画像52が変調器22F上に適切に配列されているとき、二つのコード化されたアラインメント成分において、特徴的な振幅および位相を生み出すように処理される。最も望ましくは、対象画像52が適切に配列されているとき、55.5および55.6を横切る強度分布は、コード化されたアラインメント成分の振幅をゼロにする。対象画像52のアラインメントにおけるいかなるエラーもが、一つ以上のコード化されたアラインメント成分の特徴的な振幅および位相の原因となる。このように、55.5および55.6のシグナルは、順に基板23および変調器22F上の対象画像52の、フォーカスエラーおよび位置エラーのマグニチュードおよび方向に関する較正データを提供する。望ましくは、順に基板23および変調器22F上の、対象画像52の焦点および位置を正確に離調し、（例えば可動ステージ35を使用し）、また結果として得られるコード化されたアラインメント成分の振幅および位相を記録することにより、一つ以上の較正曲線が作られる。より望ましくは、アラインメント較正アルゴリズム28.utl（ATA）は、電流アラインメント成分の振幅および位相を入力し、較正曲線を使用して一つ以上の較正係数を生み出し、これが次に、アプリケーション特異的関数28.asfによって使用され、アラインメントエラーの影響を補正する。最も望ましくは、28.utl（ATA）は、電流アラインメントと較正曲線を比較し、可動ステージ35が対象画像52の適切な配列を維持するように、折りたたみミラー34（および・またはその他の光学素子）の位置決めをするための、コントロールシグナルを発生する。さらに、アラインメント較正アルゴリズム28.utl（ATA）の出力を、製造工程において、組立の技術者にフィードバックを提供するために使用することができる。変調器22の方位軸に沿った対象画像52の正確なアラインメントは、50.24およ���50.25から得られる、コード化された成分の振幅を単に最大化することによって得ることができる。
【０１２５】
図9Bに示される、アラインメント較正メカニズムおよびアラインメントトラッキングメカニズムに共通の成分は、例示の目的で選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。独立した（あるいは複数の独立した）入力源、ハードウェアドライバー、可動ステージ、作動装置、および光学成分を使用する、他の配置が本発明の範囲内にある。前項での記述において、折りたたみミラー34が例示の目的で選択されており、入射孔32の多様な組み合わせ、出射孔44、プレ・エンコーダ光学部品36A、ポスト・エンコーダ光学部品36B、検出器26、および変調器22を含む他の光学素子の位置を、例示のために制御することができ、またそれらが本発明の範囲内であることが理解されている。変調器22Fで使用されている放射フィルターは、例示の目的で選択されており、他のフィルターペア、およびフィルターの組み合わせがアラインメントのために有用であり、それらが本発明の範囲内であることが理解されている。特に、図7および図8にそれぞれ示される変調器22Dおよび22Eの様々な特徴は、アラインメントのために有用である。上述の較正およびアラインメントメカニズムは、本発明のすべての実施例に適用可能である。
インターレース励起アナライザー300
【０１２６】
いくつかのアプリケーションにおいて、励起放射の二つ以上の異なった成分に対するサンプルの反応を測定することが望まれる。励起放射成分の例には、異種のレーザーの集合、マルチラインレーザー、あるいは回折性または屈折性の光学成分と組み合わさって輝線を分ける、低圧ガスランプ、光ファイバー、あるいはランプとフィルターの組み合わせが含まれる。サンプルの例としては、マルチレーン・マルチキャピラリー電気泳動、直線配列された個別の蛍光発光（あるいはラマン散乱）サンプルの集合が挙げられる。当該およびその他の励起成分および励起サンプルの例は、本発明の範囲内にある。いくつかの例において、さらに、二つ以上の異なった励起成分へのサンプルの反応を、実質的に同時に測定することが望まれる。例えば、サンプルによっては励起放射により変化するものもあり、一連の励起・反応測定の結果は、適用された励起成分の順番によって異なる。別の例として、測定位置における滞留時間が、励起測定を連続的に行うのに不十分であるような、プロセスの流れを流れているサンプル（例えば、電気泳動、水、天然ガス）がある。また別の例に、化学反応動力を経験しているサンプルの励起分析がある。以下に説明される、図10に示されるインターレース励起アナライザーは、二つ以上の異なった励起成分に反応して、サンプルから放射、散乱、透過、あるいは反射された放射を、実質的に同時に検知することを可能にする。
【０１２７】
図10Aは、図1のアナライザー100および、二つ以上の別々の励起成分を有する放射を放射するサンプルを実質的に同時に励起するインターレースメカニズムを含む、アナライザー300の概略図である。図10Aにおいて、一つ以上の励起源（図示されていない）が、二つの異なった励起成分EX1およびEX2を含む励起放射を提供する。アナライザー300において、励起成分EX1およびEX2は、変調器322が回転軸340に沿って回転するのに伴い、光学経路P1およびP2に沿って、サンプル324に実質的に順番に（たとえばインターレースにより）送られる。望ましくは、励起シーケンスは、所定のいかなる時間においても、一つ以上の励起成分がサンプル324に到達するのを実質的に妨害する。望ましくは、励起成分の強度を前もって設定する、あるいはその前提条件を設定するために、様々な減衰器が使用される。コード化された励起ビームに反応して、サンプル324は、少なくとも二つの応答成分を含む放射の応答ビームを放射、透過、反射、あるいは散乱させる。当応答ビームは、プレ・エンコーダ光学部品36Aにより画像化され、変調器322上の放射軸に沿った、実質的に異なった位置に集束された応答成分を有する対象画像352を形成する。変調器322は、回転軸340からの異なった半径上に応答成分をコード化し、応答ビームを提供するための少なくとも二つの放射フィルターを有する。望ましくは、対象画像352は、コード化された成分が応答成分と実質的に一対一の対応をするように、放射フィルターと共に配列されている。望ましくは、コード化された応答成分の振幅は、実質的に滑らかな関数であるか、あるいは変調器322が回転軸340の周りを回転するのに伴い、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルの間で変化する。より望ましくは、コード化された応答成分の振幅は、実質的に互いに直交している。最も望ましくは、コード化された応答成分の振幅は、すべて一般式sin2(mθ+ pπ/4)のデジタル化された近似値である。コード化された応答ビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより、検出器26上に収集、方向付け、および集束される。検出器26は、コード化された応答ビームに反応して、コンピュータ28のアナログ‐デジタル変換器（ADC）28.adcに出力を提供する。図1Aに示されるように、コンピュータ28は、アナライザー300によって使用され、コード化された応答ビームに反応して検出器26によって発生される時間ベースのシグナルを、それぞれEX1およびEX2から得られた、コード化された応答ビームに対応する二つのサブビームに分離する、サブシグナル分離アルゴリズム28.sssを含む。このサブシグナルは次に、復号アルゴリズム28.decによって個別に分析され、コード化された応答の振幅を、励起成分の関数として提供する。
【０１２８】
サンプル324が、複数の選択された応答成分を有する単一のサンプルである場合、アナライザー300により実質的に選択された応答成分を、励起成分の関数として実質的に同時に測定することが可能となる。サンプル324が、サンプルの集合であり、さらに応答成分が関心のスペクトル情報を含んだ空間成分（例えば、マルチレーン、マルチ染料の電気泳動、あるいはマルチ染料の蛍光分析など）である場合、応答成分のスペクトル特性は、分光計あるいはその他の波長フィルター装置を光学素子36Bと検出器26の間に挿入し、検出器26に透過された放射の波長をスキャンすることにより測定される。より望ましくは、分光器あるいはその他の波長分離装置を使用して、複数のコード化されたビームの選択されたスペクトル成分が、同数の検出器に送られる。最も望ましくは、コンピュータ28は充分な数のアナログ‐デジタル変換器（ADC）および復号アルゴリズム28.decを含み、コード化されたビームに反応して検出器から発生されたシグナルの、実質的に同時の分析が可能となる。
【０１２９】
図10Bは、アナライザー300と共に使用される変調器22の一つの実行可能な実施例を図示する。変調器322は、それぞれR1およびR2に中心がある、一連の互い違いの光ゲート64.1および64.2を含んでいる。64.1および64.2は、交互に放射成分EX1またはEX2の透過を可能にし、励起成分のなかの一つのみからの放射が、所定の時間においてサンプル324に入射する。望ましくは、互い違いの光ゲートは、タイミング指標60と同等の解像度を有している。このとき、ゲートは一つおきに開いており、開いたゲートの二つの環状領域における相対位相は、一度に一つのゲートが開くようになっている。このゲートは、単に遮光性基板における透過領域であるか、あるいは比反射性あるいは透明基板における反射領域である。放射の応答ビームは、収集、集束され、応答成分が変調器322の放射軸に沿った、実質的に異なった位置に集束されるように、実質的に変調器322の放射軸に沿って対象画像352を形成する。この応答成分は、変調器322上の四つの空間放射フィルター、50.26、50.27、50.28、および50.29によってコード化され、コード化された応答ビームを提供する。望ましくは、応答ビームのコード化に使用された変調関数322はそれぞれ、滑らかな関数であるか、変調器322が回転軸340の周りを回転するのに伴った、三段階以上の異なったコントラストレベルを有する、滑らかな関数のデジタル化されたレプリカである。より望ましくは、コード化された応答成分の振幅は、実質的に互いに直交する。最も望ましくは、コード化された応答成分は、方程式sin2(mθ+ pπ/4)に実質的に基づいて変調される。
【０１３０】
図10aおよび図10Bにおいて、光幾何学および励起成分とコード化された放射フィルターの数は、明確化のために選択されており、任意の数の励起成分と放射フィルターが本発明の範囲内にあることが理解されている。別々の、より複雑な光学素子、あるいは光学システムを含み、入射光を変調器322上に収集および集束する、また変調器322からのコード化されたビームを検出器26上に収集および集束する他の光幾何学がここに挙げられるそれぞれの実施例に使用されることもあり、これらの変形例も本発明の範囲内にある。変調器322の透過モードは、明確化のために選択されており、反射性の変調器を備えた同様の装置も、本発明の範囲内にあることが理解されている。
【０１３１】
図10AおよびFig.10Bにおいて、変調器322の、互い違いの光ゲート64.1および64.2が、インターレースシーケンスにおいて、励起成分をサンプル324に送るために使用される。このインターレースメカニズムは、コンピュータ28からのコントロールシグナル（図示されていない）のインターレースシーケンスにより、励起成分を324に送る、一つ以上のさらに制御可能なゲート装置に置き換えられる。さらに制御可能なゲート装置の例には、アドレス可能な光シャッター、可動ミラーおよび制御可能な電源装置が含まれる。この場合、コンピュータ28は、一つ以上の光スイッチ（例えば光スイッチ70、71、および・または72）に反応して、一連のコントロールシグナルを、多数の制御可能なゲート源に発生させ、励起成分を、実質的に順次にサンプル324へと送る。
【０１３２】
図9に関し、上述のアナライザー300について、一つ以上の光学素子の位置を、対象画像352が変調器322上に配列するように制御することができる。望ましくは、サンプル324は、多数のアラインメント成分（例えば、324内の既知の空間位置に、既知のスペクトル出力が分布された、一つ以上の既知の蛍光種、一つ以上の発光ダイオード、あるいは一つ以上の光ファイバーなど）を含み、また変調器322は、アラインメント較正アルゴリズム28.utl（ATA）に入力を提供する多くのアラインメントチャンネルを含んでいる。望ましくは、28.utl（ATA）は、一つ以上の較正係数を生み出し、これが次にアプリケーション特異的な関数28.asfによって使用され、アラインメントエラーの影響を補正する。より望ましくは、28.utl（ATA）は、一つ以上の光学素子の位置決めをする一つ以上のコントロールシグナルを生み出し、対象画像352を変調器322上に適切に配列する。より望ましくは、アラインメントの空間成分はまた、波長フィルター装置、あるいは波長分離装置を較正する、既知のスペクトル励起・放射特性を備えている。
不完全回転周期の高調波
【０１３３】
変調器22A‐22Dで使用されるエンコーディング関数は、基板23の完全回転周期の高調波である。他の実施例において、不完全回転周期の高調波（例えば、環状領域内の環状部分に制限された放射フィルター）は、数々のハードウェア装置の除去、マイクロプロセッサ資源の開放、外部機械装置の動きの同期化、強度分布の位置および強度の測定、およびアナライザーの空間、あるいはスペクトル解像度の増加などに有用である。以下に続く論議において、不完全回転周期の高調波は、制限された環状部分内での整数回数の周期（または半周期）を有する、実質的に繰り返しのパターンの放射フィルターから得られたエンコーディング関数を含むものと定義する。不完全回転周期の高調波の一般式はsin2(mθ’+ pπ/4)で表され、このときθ’は、環状部分の方位の長さを変調器22の回転の完全周期と関連付ける圧縮角である。図8の変調器22Eは、二つの不完全回転周期に基づいた変調関数を使用して、画像化された放射分布の強度および放射位置（あるいは変調器22Eの放射軸に沿った強度微分）の両方を測定し、それによりアナライザー100の測定能力を強化した一例である。図8に示される例において、角θ’は、環状部分が変調器22Eの回転の半周期である場合の二項の因数により圧縮されている。
【０１３４】
変調器22の別の実施例において、光スイッチ71からのシグナルを光スイッチ70から発生するシグナルの単純なタイムアウトと置き換えることにより、変調器22および光スイッチ71のタイミング指標61を除去するために、不完全回転周期の高調波が使用されることがある。図11Aは、不完全回転周期の高調波に基づいた放射フィルターを組み込んだ放射変調器の上面図である。図11に示されるように、放射変調器22DZは四つの放射フィルター50.30、50.31、50.32、および50.33を備えており、これらは回転角θiで始まり回転角θfで終了する（θiおよびθfは、50.30、50.31、50.32、および50.33を包含する、対応する環状領域内の環状部分をきめる）不完全回転周期の高調波である。θfとθiの間で、変調器22DZは、放射フィルターの隙間である消極範囲を含む。明確化のため、活性周期を対象画像52が変調器22の放射フィルターにより変調されている完全回転周期の割合、消極周期を対象画像52が変調器22の放射フィルターにより変調されていない完全回転周期の割合と定義する。望ましくは、変調器22DZのタイミング指標60は、消極周期中にADC誘因イベントが光スイッチ70によって発生されないようパターン化されている。
【０１３５】
変調器22DZの使用に際し、光スイッチ71からの入力を除去し、光スイッチ70により、タイミング指標60に反応して発生されるADC誘因イベント間の経過時間測定の基準を提供するタイマーを含むため、放射アナライザー100の復号アルゴリズム28.decが変調される。ADC誘因イベント間の経過時間は、平均ADC誘因イベント周期を算出するために使用される。復号アルゴリズム28.decは、最後のADC誘因イベントからの経過時間が平均ADC誘因イベント周期よりも実質的に長い場合に、ADCタイムアウトイベントを引き起こす関数を含む。望ましくは、変調器22DZはADCタイムアウトイベントが消極周期中に起こるようにパターン化されている。ADCタイムアウトイベントコンピュータ28によって使用され、復号アルゴリズム28.decと28.decからの出力を同期化する。これにより、放射アナライザー100のコストおよび複雑性が大幅に削減される。
【０１３６】
消極周期と併せた不完全回転周期の高調波はまた、コンピュータ時間制約アルゴリズムが回転周期ごとに一回遂行され、さもなければデータ収集および復号作用が損なわれる場合に必要となる。例えばアナライザー100において、データは不完全回転周期中に収集され、アプリケーション特異的アルゴリズム28.asfが消極周期中に遂行される。このように28.asfは、データ収集サイクルを飛ばすことなく、各回転周期で遂行される。
【０１３７】
消極周期と併せた不完全回転周期の高調波はまた、一つ以上の光学素子が変調器22の各回転周期に予め設置され、二つ以上の異なった光学経路を選択するようなアプリケーションにおいて有用である。例えば、広域放射源の空間成分を測定するためにアナライザー100が設定され、消極周期中の次の波長の特定なスペクトル成分を分離するために検出器26の前に分光計が挿入される。望ましくは、消極周期は、光学素子の残余動作をDAQを再開する前に許容レベルまで減衰させるのに充分な長さである。このように、各空間成分のスペクトル特性を小数回の回転周期中に策定することができる。別の例では、広域放射源のスペクトル成分を測定するためにアナライザー100が設定され、一つ以上の空間軸に沿った広域放射源の特定部分を分離するために、ミラーあるいはその他の光学素子が可動ステージ上に取り付けられる。可動ステージは、消極周期中回転周期ごとに一回動かされる。このように、広域放射源の空間およびスペクトル特性を、小数回の回転周期中に策定することができる。また別の例では、一番目の空間軸に沿った次元広域放射源の空間成分を測定するために、アナライザー100が設定され、二番目の空間軸に沿った広域放射源の特定な断面部分を分離するために、ミラーあるいはその他の光学素子が可動ステージ上に取り付けられる。可動ステージは、広域放射源の特定な断面部分を分離するため、消極周期中回転周期ごとに一回動かされる。このように、広域放射源の二次元画像を、少数回の回転周期中に得ることができる。
【０１３８】
アナライザー100の別の実施例において、二つ以上の不完全回転周期の高調波が組み合わされ、コード化されたビームの高調波数を増加させることなく、コード化されたチャンネルの数が増加される。このように、コード化されたビームの総合変調帯域幅と、それに従って検出器26によって発生されたシグナルの帯域幅が最小化される。図11Bは、対象画像52のエンコーディングの空間分解能を増加する二つの方法を図示している。変調器22Gは、不完全回転周期の高調波である二つのセットの放射フィルターを含む。放射フィルター50.34および50.35は回転周期の最初の半分の高調波であり、放射フィルター50.34'および50.35'は回転周期の二番目の半分の高調波である。放射フィルター50.34および50.34'（50.35および50.35'）は、同一の位相および周波数を有する。加えて、放射フィルター50.34および50.34'（50.35および50.35'）は、同一の放射幅を有する。図11Bに示されるように、放射フィルター50.34'は、放射フィルター50.34について、放射幅以上あるいはそれと同等の距離だけ放射軸に沿ってずれており、また放射フィルター50.35'は、放射フィルター50.35について、放射幅以下の距離だけ放射軸に沿ってずれている。このように、異なったエンコーディングチャンネルの総数は4、異なったエンコーディング周波数と位相の総数は2である。変調器22Gの使用に際し、放射アナライザー100のサブシグナルセパレーター28.sssは、コード化されたシグナルを、変調器22Gの回転周期の前半と後半にそれぞれ対応する二つのサブシグナル27.1および27.2にそれぞれ分離する。27.1は復号アルゴリズム28.decによって処理され、50.34および50.35によってコード化された成分の振幅を引き起こし、また27.2は、復号アルゴリズム28.decによって処理され、50.34'および50.35'によってコード化された成分の振幅を引き起こす。このように、対象画像52の四つの放射部分を、二つのエンコーディング関数を用いて決定することができる。
【０１３９】
先行の論議において、不完全回転周期および消極周期の数、各不完全回転周期におけるフィルターの数、および不完全回転周期（例えば、放射位置、放射幅、および内在角度）を含む環状部分の配置は、明確化のために選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
ハイパースペクトル画像アナライザー
【０１４０】
いくつかのアプリケーションにおいて、別々な放射発光サンプルの限定集合のスペクトル成分の数を測定することが必要となる。放射発光サンプル集合の例には、マルチ染料、マルチキャピラリー（あるいはマルチレーン）電気泳動、マルチ染料、マルチサンプル蛍光分析、および遠隔のサンプル採取地点からのスペクトル成分を含む、光ファイバーの直線配列が含まれる。通常、一番目の軸に沿った空間情報、および二番目の軸に沿ったスペクトル情報を投影する光学部品を備えたCCDカメラが、この目的のために使用される。CCDカメラを単一の光電子増倍管（PMT）および多重チャンネル光学エンコーダーと置き換えることにより、コストおよび性能を著しく促進させることができる。
【０１４１】
図1に示されているアナライザー100の別の実施例では、ハイパースペクトルイメージングアナライザーが、二つ以上の放射発光サンプルから、個別に選択された複数のスペクトル成分を実質的に同時に測定するように設計されている。放射源24は二つ以上の放射発光サンプルの集合であり、当該各サンプルは複数の選択されたスペクトル成分で放射を発光している。放射源2から発光された放射は、プレ・エンコーダ光学部品36A、一次元ハイパースペクトルの画像化光学部品によって画像化され、変調器22上に対象画像52を形成する。対象画像52は、変調器22の共通の放射軸に沿って実質的にお互いから離れている、（各放射発光サンプルから個別に選択された）複数のスペクトル成分を含む。変調器22は対象画像52をコード化するための多数の放射フィルターを含み、二つ以上のコード化された成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、対象画像52は、当該のコード化された成分が当該の選択されたスペクトル成分と実質的に1対1で対応するように、当該放射フィルターと並行配列される。コード化されたビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより、検出器26上に収集、方向付け、および集束される。その後、コンピュータ28が、コード化されたビームに反応して検出器26によって発生されたシグナルを分析し、コード化された成分の振幅を決定する。
【０１４２】
図12Aおよび図12Bは、それぞれ、共通エンコーディング軸Xeに沿った放射発光サンプル24.HS.1および24.HS.2の、分散されたスペクトル成分を投影するために使用される、プレ・エンコーダ光学部品36A、36A(HS)の実施例HSの概略上面図、および概略側面図である。図12aおよび図12Bに示されるように、プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)は、二つのコレクションレンズ36A(HS).C.1および36A(HS).C.2、一つの回折格子36A(HS).DG、および二つの集束レンズ36A(HS).F.1および36A(HS).F.2を含む。コレクションレンズ36A(HS).C.1および36A(HS).C.2は、実質的に共通のコレクション軸Xcに沿って配置される。当コレクションレンズは、実質的に共通のサンプル軸Xsに沿って配列された、放射発光サンプル24.HS.1および24.HS.2から放射された放射を平行にするように、配置される。平行にされた放射ビームは、回折格子36A(HS).DGによって回折され、（実質的に共通の集束軸Xfに沿って配列された）集束レンズ36A(HS).F.1および36A(HS).F.2によって集束され、実質的に共通のエンコーディング面に、共通のエンコーディング軸Xcに実質的に沿ったそれぞれの分散軸を備えた二つの分散画像52.HS.1および52.HS.2を形成する。プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)の使用により、対象画像52.HSはエンコーディング軸Xeに沿って実質的に互いより離れており、各々がエンコーディング軸Xeに沿ったそれぞれの分散軸を有する、サンプル24.HS.1および24.HS.2からの放射にそれぞれ対応する二つの分散画像52.HS.1および52.HS.2を含む。
【０１４３】
図12Bに示されるように、回折格子36A(HS).DGの面はねじれており、集束レンズ36A(HS).F.1および36A(HS).F.2の位置は、ゼロ次の回折されていない放射を希望のビーム経路から導き出すように処理されている。図12Aに示されるように、プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)は、二つの分散画像が互いに重なり合うのを防ぐため、一つ以上の帯域通過フィルター36A(HS).BPFを組み込んでいる。サンプル24.HS.1および24.HS.2が励起放射によって励起された場合、励起放射のサブイメージをアラインメントの目的で使用することができるよう、帯域通過フィルター36A(HS).BPFが、励起放射の波長で限定された透過率を有することが望まれる。本発明において、プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)は、下記の図12Cに示される変調器22HSと共に使用されることになっている。即ち、エンコーディング軸Xeは変調器22HSの面にあり、その放射軸Rに沿っている。しかしながら、プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)を、線状の検出器配列、スキャン開口、あるいはアドレス可能な空間光変調器と共に使用することもできる。これらのまたその他の変形例、およびプレ・エンコーダ光学部品36A(HS)のアプリケーションは、本発明の範囲内にある。
【０１４４】
図12Cは、プレ・エンコーダ光学部品36A(HS)を備えたハイパースペクトルイメージングアナライザーにおいて使用される、変調器22の実施例22HSの概略図である。変調器22HSは、二つの放射発光サンプル24.HS.1および24.HS.2の分散画像をそれぞれコード化する、二つのグループの放射フィルター59.HS.1および59.HS.2を含む。それぞれのサブパターンは、各サンプルから選択されたスペクトル成分を測定する多数の放射フィルターを含む。加えて、各サブパターンは、較正およびアラインメントのために、アラインメントスペクトル成分の予想される放射位置（各放射発光サンプルにつき予想される）に配置された相補的フィルターペアを含む。アラインメント成分の例には、散在励起エネルギー、ラマンライン、および一つ以上の光学素子のスペクトル成分などが含まれる。望ましくは、二つのフィルターペアからのシグナルは、アラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA)への入力として使用され、続いて、対象画像52を変調器22HS上に配列するため、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
【０１４５】
ハイパースペクトルイメージングアナライザーには、次の二つの明らかに相反するエンコーディング法がある。1）より高いシグナルレベルを得るため、スペクトルの解像度を犠牲にして、サブイメージを分離する、あるいは、2）より高いスペクトル解像度を得るため、シグナルレベルを犠牲にして、サブイメージを組み合わせる。より高いスペクトル解像度が必要とされる場合は、マルチバンドパスフィルターを放射源24.HS（24.HS.1および24.HS.2を含む）と検出器26の間に挿入することができ、それによって、スペクトル解像度を実質的に増加させ、分散したサブイメージを組み合わせることが可能となる。しかしながら、このスペクトル解像度の増加には、シグナルレベルがマルチバンドパスフィルターによって減少されるという代償がある。
【０１４６】
図12A、図12B、および図12Cにおいて、光幾何学と多数の放射発光サンプル、光学成分、および放射フィルター（およびフィルターペア）の数と配置は、明確化のために選択されており、任意数の放射発光サンプル、光学成分、放射フィルター、相補的フィルターペアが本発明の範囲内にあることが理解されている。
インターレース励起エンコーダー
【０１４７】
いくつかのアプリケーションにおいて、励起放射の二つ以上の異なった成分へのサンプルの反応を測定することが望まれる。励起放射源の例には、異なったレーザーの集合、マルチラインレーザー、または回折性あるいは屈折性の光学部品と組み合わされ、発光ラインを分離する低圧ガスランプ、光ファイバー、あるいはランプとフィルターの組み合わせなどが含まれる。サンプルの例としては、マルチレーン・マルチキャピラリー電気泳動、および直線配列の、異なった蛍光発光（あるいはラマン散乱）サンプルが挙げられる。当該、およびその他の励起成分の例、およびサンプルも、本発明の範囲内にある。いくつかの例では、二つ以上の異なった励起成分に対するサンプルの反応を、実質的に同時に測定することがさらに望まれる。例えば、いくつかのサンプルは、一連の励起・応答測定の結果が適用される励起成分の次数によって異なるように、励起放射によって変化する。別の例に、測定位置での滞留時間が、一連の励起測定を行うのに不十分なプロセスの流れ（例えば、電気泳動、あるいはセルフローサイトメトリー）を流動しているサンプルがある。以下に説明されるインターレース励起エンコーダー（二つ以上の励起源からサンプルの集合への放射を含む一群のコード化された励起ビームを提供する）により、二つ以上の異なった励起成分に反応して、サンプルから放射、散乱、透過、あるいは反射された放射を実質的に同時に検知することが可能になる。
【０１４８】
インターレース励起エンコーダーは、二つ以上のコード化された励起ビームを含む二つ以上の励起群を、サンプルコレクション中の二つ以上のサンプルに提供する。インターレース励起エンコーダーは、アナライザー100の成分の大部分および励起インターレース光学部品を含む。励起インターレース光学部品は、プレ・エンコーダー成分、およびポスト・エンコーダー成分を含む。励起インターレース光学部品のプレ・エンコーダー成分は、一つ以上の回折性、屈折性、あるいは反射性の素子（あるいはそれらの様々な組み合わせ）を使用して、二つ以上の当該放射源のサブイメージの組み合わせが、エンコーディング面（例えば、RGB-RGB-RGB-RGB、このとき、R、GおよびBは、それぞれに長波長、中波長、短波長のレーザーからのサブイメージに対応する）のエンコーディング軸に沿って組み合わされるように、（各放射源からのサブイメージの配列）、二つ以上の放射源（例えば、レーザーライン、個々のレーザー、ダイオード、ランプとフィルターの組み合わせなど）の、複数のサブイメージを生み出す。多重チャンネルエンコーダ（例えば、アナライザー・エンコーダ100）は、それぞれのサブイメージを実質的に特異の変調関数でコード化し、コード化された励起成分のグループを含むコード化されたインターレース励起ビームを生み出し、このとき、当該グループは、当該のそれぞれの放射源から（例えばRGBは一つの集合を含む）のコード化された成分を含む。あるいは、インターレース光学部品をエンコーダの後に配置することも可能である。この場合には、RRRR-GGGG-BBBBがコード化され、インターレース光学部品により、コード化されたビームから励起グループ（RGB）が構成される。励起インターレース光学部品（例えば、対物レンズの集合、このとき、集合をなす数は、実質的にサンプル数と等しい）のポスト・エンコーダ成分は、当該各グループをサンプルの集合内の対応するサンプル上に集束する。望ましくは、与えられたグループを含むコード化されたビームのサブイメージは、対応するサンプルの共通点上に集束される。望ましくは、当サブイメージの強度は、サンプル上の集束点の大きさを変化させることなくコード化される。より望ましくは、当サブイメージの強度は、サンプルの一つ以上の軸に沿った実質的に均等な空間照明によりコード化される。
【０１４９】
コード化された励起放射に反応して、集合中のサンプルは、応答放射を放射、散乱、透過、あるいは反射する。ほとんどの場合（例えば、線形近似において）、応答放射は、対応するコード化された励起ビームの強度変調関数と実質的に同一の強度変調関数によりコード化される。励起放射に反応して、当該各サンプルは、放射の一つ以上の応答成分（あるいはビーム）を放射あるいは散乱する。望ましくは、コード化された励起ビームグループの配列は、与えられたコード化された応答成分と与えられたサンプル・励起の組み合わせが実質的に一対一の対応となるように（各サンプルは、各励起源に対し、コード化された応答ビームを放射、あるいは散乱する。一つ以上のサンプルを励起する、コード化された励起ビームによってもたらされる、励起クロストークは、回避されなくてはならない。これは、集合中のサンプル間に、放射を遮断する障害物を置くことにより果たされる。）、サンプルの集合と共に配置される。コード化された応答ビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより、検出器26上に収集され、方向付けられ、また集束され、コード化された応答ビームに反応して検出器から発生したシグナルは、コンピュータ28によって分析され、コード化された成分の振幅が測定される。
【０１５０】
アプリケーションにより必要とされれば、コード化された応答成分のスペクトル特性は、分光計あるいはその他の波長フィルター装置をポスト・エンコーダ光学部品36Bと検出器の間に挿入し、検出器に透過された放射の波長を走査することによって測定される。より望ましくは、分光器あるいはその他の波長分離装置を使用して、コード化されたビームの多くの選択されたスペクトル成分を同数の検出器に送る。最も望ましくは、コンピュータ28は、コード化されたビームに反応して検出器から発生したシグナルを実質的に同時に分析することができるよう、充分な数のアナログ‐デジタル変換器（ADC）含む。この方法で、一つ以上の励起放射へのサンプル集合の応答のスペクトル特性を、実質的に同時に測定することができる。
二次エンコーダタイミングシグナルの同期化
【０１５１】
多目的放射アナライザー100の、光スイッチ70および71から発生したタイミングシグナルおよびリセットシグナルを、市販のインクレメンタルロータリーエンコーダ（IRE）と置き換えることが有利となることもある。IREは回転に反応して、インクリメンタルシグナル（イベント、インタラプト）およびリセットシグナル（イベント、インタラプト）の両方を提供する、強力で定評のあるテクノロジーである。IREはスピンドルモーター42に取り付けられ、ソフトウェアから発生したトリガーイベントを28.adcに、また復号アルゴリズムリセットイベントを28.decに出力するトリガーマッピングアルゴリズム28.tmaに、IREのインクリメンタルシグナルおよびリセットシグナルを提供することにより、コンピュータ28と組み合わされる。当該方法の一つの問題点は、IREのリセットシグナルと、変調器22のゼロ角の位置の間：即ち、変調器22のパターンにより測定されたゼロ度の相対位置とIRE上のリセット位置の間の、相対的な角度のオフセットの補正である。この問題の一つの解決策は、IREインクリメンタルシグナル（タイムベースを提供する）によって時間を計測されIREリセットシグナル（生成された関数の始まりを明示する）によって起動される、1ビットの関数ジェネレータを使用することである。1ビットの関数ジェネレータの出力は、28.adcにトリガーシグナルを、28.decにリセットシグナルを提供する。1ビットの関数ジェネレータのパターンは、28.adcのトリガーおよびデータ収集間隔の開始および終了を規定する、IREからのリセットシグナルとしてのIREのインクリメンタル出力を使用した、検出器26により発生したシグナルをサンプル採取して得られる波形を分析することにより決定される。当波形（IRE間隔でサンプル採取された変調器22の回転の完全周期に渡る検出器26からの出力）は、IREリセットと変調器パターン22上のサブパターンの間の相対位相を決定するため、予想される波形（例えば、IREリセットシグナルと変調器22のパターンの間のゼロ位相シフトにより、IRE間隔でサンプル採取された変調器22の回転の完全周期に渡る、検出器26からの理論出力）に曲線を当てはめて分析される。この同期化の過程で、放射源は、一つ以上の既知のコード化された成分を分離する強度マスクと組み合わされた参照ランプとなり得る。より望ましくは、この同期化の過程において、分析用の周知の参照波形を提供するため、特定の放射源、特定の検出器、および変調器22上の一つ以上の特定の参照フィルターが使用される。（例えば、分析のための既知の検出シグナルを得るため、一次振幅補正における上述の特定の放射フィルターを照射および・または分離するために使用されるシステムが使用される。）一旦IREと変調器22の間の相対的位相が測定されると、IREからのトリガーシグナルとリセットシグナル間の数学的関係、および28.adcおよび28.decへのそれぞれ適切なトリガーシグナル、およびリセットシグナル（イベント）が設定される。望ましくは、28.adcへのトリガーシグナルは、IREインクリメンタルシグナルの整数の倍数あるいは有理数の分数（例えば、4、3、2、1、1/2、1/3、1/4）であり、28.decにより使用される三角関数表はグローバル位相因子で構成され、ソフトウェアにより発生したADCトリガーシグナルと変調器22上のパターンの間の、任意の残余位相シフト（例えば、インクリメンタルシグナルIREの粗さ、および・またはインクリメンタルシグナルとソフトウェアにより発生したトリガーイベントの間の待ち時間に起因するもの）を明らかにする。
【０１５２】
同期化の過程の出力は、1ビットの関数ジェネレータは、一つ以上の消極周期、あるいは収集されたデータと、完全周期の高調波または複数の検出器のサンプル採取を含んだアプリケーションを含む変調器のパターンを同期化する、複数の、個別（例えば共通タイムベースを有する複数の関数ジェネレータ）の出力を含む。
多変量ケモメトリクスアナライザー
【０１５３】
特定のアプリケーションの、変調器22の放射フィルターおよびフィルターペアの放射位置および放射幅を設定する能力のため、本発明は多変量ケモメトリクスアナライザーとしての使用に適している。図1Aに示されているアナライザー100の別の実施例、多変量ケモメトリクスアナライザーは、サンプル内の選択された検体の濃度を実質的に同時に測定するように設計されている。通常、検体は放射をそれぞれの対応する濃度の関数として吸収、および・または散乱、および・または放射する。以下に続く論議において、それぞれの対応する濃度の関数として放射を吸収する、一番目の選択された複数の検体について考察する。放射を散乱、あるいは放射する二つ以上の検体を測定するように設計されたアナライザー100の他の実施例も、本発明の範囲内であることが理解されている。
【０１５４】
放射源24は、選択された各検体の少なくとも一つのスペクトル特性を包含する、ブロードバンドの放射を提供する。プレ・エンコーダ光学部品36Aは、少なくとも一つの回折性、屈折性、あるいはフィルター素子を含み、変調器22の回転軸に沿った分散画像52を形成する。変調器22は、二番目の複数の放射フィルターおよび・または放射フィルターペアを含み、放射源24からの放射の三番目の選択された複数のスペクトル成分をコード化して、変調器22が軸40の周りを回転するのに伴い、コード化されたビームを提供する。各フィルターは、対応するスペクトル成分の中心波長を実質的に規定する、また対応するスペクトル成分の帯域幅を実質的に規定する放射位置のある環状領域（あるいは環状部分）に存在する。
【０１５５】
ポスト・エンコーダ光学部品36Bは、コード化されたビームをコード化されたシグナル27をコンピュータ28.adcに提供する、少なくとも一つの放射検出器26上に収集し方向付ける。コンピュータ28は、シグナル27を復号してアプリケーション特異的な関数28.asf、ケモメトリックアルゴリズム、の入力が、一つ以上の選択された検体の濃度を算出するのに伴い、一つ以上のコード化されたスペクトル成分の振幅を提供する、復号アルゴリズム28.decを含む。
【０１５６】
望ましくは、一つ以上のサンプルまたはサンプルセル（例えば、図1Aのサンプル38）が、多変量ケモメトリクス分析のため、放射源24および検出器26の間に設置される。
【０１５７】
望ましくは、ケモメトリックアルゴリズムの性能を、スペクトル成分の注意深い選択により最適化することができる。例えば、変調器22の放射フィルターおよび・または放射フィルターペアの放射位置および放射幅は、28.asfにより、一つ以上のスペクトル成分における強度（測定）エラーから算出される最終的な濃度のエラーを最小化する、最適化されたスペクトル成分を提供するように処理される。この方法で、変調器22の回転軸40周囲の回転の結果得られるコード化された成分は、ケモメトリックアルゴリズムに理想的な入力を提供する。与えられた分散対象画像52に対し、特定の多変量ケモメトリックアプリケーションに理想的なスペクトル入力を提供する、独自の変調器のパターンがある。この方法で、多変量ケモメトリクスアナライザーの変調器のパターン21は、特定の対象画像52および特定の一組の検体に対応する。変調器22ケモメトリックアプリケーションに合わせた変調器22の最適化の一つの方法を以下に説明する。
【０１５８】
望ましくは、放射源24は、少なくとも一つの参照スペクトル成分を含む。このとき、強度は実質的に検体濃度による影響を受けず、また、変調器22は、ケモメトリックアルゴリズムにおいて使用されるスペクトル成分の振幅を標準化するために使用される、コード化された参照成分を提供するための、対応する放射フィルターを含む。より望ましくは、多変量ケモメトリクスアナライザーは、二つ以上の参照スペクトル成分、および二つ以上の対応する放射フィルター（あるいはフィルターペア）を使用し、放射源24のスペクトル出力における変動性（例えば、実質的黒体放射の温度）および・または検出器26のスペクトル応答性を測定するために、28.asfによって使用されるコード化された参照成分を提供する。このようにケモメトリックアルゴリズム28.asfは、検体の濃度の変化と放射源24の出力、あるいは検出器26の応答性の変化を識別することができる。
【０１５９】
望ましくは、サンプル（例えば、図1Aのサンプル38）が、放射源24と検出器26の間の光学経路に挿入され、既知の長さの規制された光学経路が得られる。より望ましくは、サンプル38は、一つ以上のセルがゼロガス、即ちケモメトリック検体の濃度がゼロであるガスと検体を含むサンプルガスで交互に満たされるように、ポンプおよびコンピューター制御のバルブを含んだサンプル採取システムの一部である。ゼロガスの例には、空気、窒素、アルゴンなどが含まれる。このように、サンプルガスによりフィルターされた一つ以上のスペクトル成分の振幅を、ゼロガスによりフィルターされた一つ以上のスペクトル成分の振幅と参照（あるいはそれにより標準化）することができる。
【０１６０】
多変量ケモメトリクスアナライザーの一つの実施例において、サンプル38を含んだセルと検出器26が、単一のユニット（例えばルフト(luft)検出器）にまとめられている。
【０１６１】
望ましくは、多変量ケモメトリクスアナライザーは、一つ以上のスペクトル較正フィルターグループ（以下のスペクトル較正アナライザーの項で説明される）を含み、変調器22の放射軸上への対象画像52のアラインメントを測定する。
【０１６２】
望ましくは、多変量ケモメトリクスアナライザーは、一つ以上の検出器応答性周波数較正フィルターグループ（以下の検出システム・周波数依存補正アナライザーの項で説明される）を含み、様々なコード化された成分を検出器26の周波数依存性に合わせて標準化する。
多変量ケモメトリクスアナライザーの配置方法
【０１６３】
この項では、一つ以上のサンプル中の検体のグループを分析（例えば、識別および定量化）するために、多変量ケモメトリクスアナライザーの空間放射変調器22に合わせて最適化されたパターン21を生成する方法（例えばソフトウェアアルゴリズム）の説明をする。
【０１６４】
図13Aは、多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例の、対応する濃度ξ1およびξ2の関数としての放射を吸収する二つの検体、Ψ1およびΨ2の濃度を測定する、変調器22の配置方法の一つを表す概略図であり、放射を散乱あるいは放射する二つ以上の検体を測定するように設計された、アナライザー100の他の実施例のために、当方法を汎用化できることが理解されている。当該およびその他の変形例も、本発明の範囲内にある。図13Aの垂線に示されるように、当方法は、既知の濃度および実験条件での放射源24のスペクトル領域の少なくとも一つの中で、少なくとも一つの濃度依存的スペクトル特性を有する、各検体Ψ1(λ)およびΨ2(λ)に対応するスペクトルを入力する。実験の条件の例には、光学経路の長さ、温度、湿度、および圧力が含まれる。望ましくは、スペクトルは電子フォーマットである。
【０１６５】
図13Aの水平破線によって示されるように、当方法は、中心波長
【数２０】
2005519309.tif 000022
および
【数２１】
2005519309.tif 000023
、また、帯域幅
【数２２】
2005519309.tif 000024
および
【数２３】
2005519309.tif 000025
にそれぞれ規定される、初期スペクトル窓
【数２４】
2005519309.tif 000026
および
【数２５】
2005519309.tif 000027
を規定するパラメータを入力する。より複雑なモデル（例えば、限定されたスペクトル解像度の原因となる）もまた本発明の範囲内ではあるが、以下に続く論議においては、
【数２６】
2005519309.tif 000028
および
【数２７】
2005519309.tif 000029
に対し、以下のモデルを考察する：
【数２８】
2005519309.tif 000030
望ましくは、初期スペクトル窓
【数２９】
2005519309.tif 000031
および
【数３０】
2005519309.tif 000032
を規定するパラメータは、最適化のセッションの開始時にインポートされ、最適化の工程によりアップデートされ、最適化工程の終了時に最適化されたスペクトル窓のファイルに転送される、一つ以上のテキストファイルに保存される。このように、最適化されたスペクトル窓を、後に続く最適化に対し初期スペクトル窓として使用することができる。
【０１６６】
図13Aに示されるように、アルゴリズム80は、標準化されたスペクトル成分の強度SMC.1およびSMC.2を、検体濃度の関数
【数３１】
2005519309.tif 000033
として算出する。このとき、I(λ)は、変調器22が均一に反射性（あるいは均一に透過性）の基板23と置き換えられた場合に検出器26に到達する、放射源24により放射された放射の波長依存的強度であり、j = {MC.1,MC.2}、および
【数３２】
2005519309.tif 000034
および
【数３３】
2005519309.tif 000035
は、ゼロ濃度限界（例えば、サンプルセルがゼロガス、あるいはゼロ液体によって満たされている）
【数３４】
2005519309.tif 000036
における、スペクトル窓の強度である。k = {Ψ1,Ψ2}の検体の吸収性に起因する、j = {MC.1,MC.2}のスペクトル成分の標準化された強度は、
【数３５】
2005519309.tif 000037
として定義される。このとき、（効果経路の長さ、圧力、温度などを含む）吸収関数
【数３６】
2005519309.tif 000038
は、k番目の検体濃度
【数３７】
2005519309.tif 000039
の多項式において拡張される。
【０１６７】
線吸収限界（例えば低濃度の限界）において、Sjkは
【数３８】
2005519309.tif 000040
として概算することができ、また、ケモメトリックの方程式は、
【数３９】
2005519309.tif 000041
となり、これを反転して標準化されたスペクトル成分の関数
【数４０】
2005519309.tif 000042
として、検体濃度を回復することができる。このとき、A-1は、反転ケモメトリック係数行列である。
【０１６８】
図13Aに示されるように、アルゴリズム81は、異なった検体濃度に対し、標準化されたスペクトル成分を入力し、反転ケモメトリック係数行列A-1を出力する。アルゴリズム82は、A-1および一つ以上の強度エラーδ S = {δ SMC.1, δ SMC.1 }を入力として使用し、各検体の少なくとも一つの濃度エラーを各スペクトル成分の強度エラーの関数として算出する。望ましくは、アルゴリズム82は、強度エラーの実質的に任意の分布に起因する濃度エラーの統計的サンプルを算出する。統計的な研究法の代案として、反転ケモメトリック係数行列A-1の一つ以上の条件数の評価が含まれる。この場合、A-1を82を完全に回避するアルゴリズム83への入力として使用することができる。当該、およびその他の雑音転送の測定は、本発明の範囲内にある。
【０１６９】
線吸収の限界において、濃度エラーδξは式
【数４１】
2005519309.tif 000043
によって得られる。このとき、δξ= {δξ1,δξ2}は、強度エラーδ S = {δ SMC.1, δ SMC.1 }に対応するΨ1およびΨ2の濃度エラー（偽濃度）である。
【０１７０】
図13Aに示されるように、アルゴリズム83は、一つ以上の濃度エラーを入力し、少なくとも一つの電流雑音メリット関数χ(n)を出力する。雑音メリット関数の例には、A-1の様々な条件数が含まれる。図13Aにおいて、雑音メリット関数は、スペクトル窓の任意の強度エラーから得られた濃度エラーの統計的分析（例えば、二乗平均平方根）
【数４２】
2005519309.tif 000044
に基づくものと考察される。ここで、〈δξ1〉および〈δξ2〉は、任意強度の雑音、即ち強度エラーδξ1およびδξ2の任意分布に反応して、28.asfにより算出されたΨ1およびΨ2の統計的平均濃度エラーに対応する。
【０１７１】
図13Aの破線の円に示されるように、アルゴリズム84は、電流メリット関数χ(n)と、前述の最適メリット関数χoptを比較する。電流メリット関数χ(n)が、前述の最適メリット関数χoptよりも良い場合、χoptはχ(n)と置き換えられ、
【数４３】
2005519309.tif 000045
および
【数４４】
2005519309.tif 000046
が、
【数４５】
2005519309.tif 000047
および
【数４６】
2005519309.tif 000048
と置き換えられる。図13Aに示された最適化ループの、一番目の繰り返しで、χoptおよび
【数４７】
2005519309.tif 000049
は、χ(0)および
【数４８】
2005519309.tif 000050
でそれぞれ初期化される。
【０１７２】
図13Aに示されるように、アルゴリズム85が、後に続く最初のスペクトル窓の中心波長および帯域幅を体系的に変化させる、例えば、対象画像52によって得られた中心波長および帯域幅のパラメータ空間全体を検索することによって得られるスペクトル窓
【数４９】
2005519309.tif 000051
および
【数５０】
2005519309.tif 000052
を生成するのに伴い、85、80、81、82、83、84、そして85に戻るアルゴリズム配列により規定された最適化ループが繰り返される。
【０１７３】
一旦最適なセットのスペクトル窓が特定されると、対応する中心波長、および帯域幅が変調器22の放射軸上に位置付けられる。図13Aに示されるように、アルゴリズム86は、少なくとも一つの（望ましくは電子フォーマットの）分散関数λ52(r)を入力して、対象画像52のスペクトル特性を、変調器22の放射位置と対応させる。分散関数λ52(r)は、変調器22上の放射位置の関数として分散画像52の波長と対応する。分散関数は、反転して、波長関数としての変調器22の放射位置r52(λ)をもたらす。反転分散関数r52(λ)はアルゴリズム86によって使用され、最適化された中心波長および帯域幅の集合を、変調器22上の対応する最適化された環状領域（あるいは図11Aに示されているような、環状部分）の集合
【数５１】
2005519309.tif 000053
および
【数５２】
2005519309.tif 000054
に転送する。このように、最適化された環状領域（あるいは環状部分）
【数５３】
2005519309.tif 000055
および
【数５４】
2005519309.tif 000056
は、それぞれ最適化されたスペクトル窓
【数５５】
2005519309.tif 000057
および
【数５６】
2005519309.tif 000058
に対し実質的に一対一で対応している。
【０１７４】
一旦最適化された環状領域（あるいは環状部分）
【数５７】
2005519309.tif 000059
および
【数５８】
2005519309.tif 000060
が特定されると、アルゴリズム87により、当該の対応する各環状領域（あるいは環状部分）内の、対応する集合に独自の変調機能を提供する、（基板23とは実質的に異なる光学特性を有する）複数のサブ領域を含んだ放射フィルター50.MC.1および50.MC.2（あるいはフィルターペア）がパターン化され、最適化されたスペクトル成分がコード化される。望ましくは、サブ領域がパターン化されて、実質的に直行する滑らかな関数である変調関数、あるいは空間放射変調器が回転軸40の周りを回転するのに伴い、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルを有する、直交する滑らかな関数のデジタル化されたレプリカである変調関数が得られる。より望ましくは、変調関数は、式sin2(mθ+pπ/4)の関数である。最も望ましくは、高調波mは最適化され、コード化されたスペクトル成分の間のクロストーク（チャンネル間の直交性の最大化）を最小化するため、素数になるように選択される。このように、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴ってコード化された最適化されたスペクトル成分は、最適化されたスペクトル窓
【数５９】
2005519309.tif 000061
および
【数６０】
2005519309.tif 000062
に対応する。
【０１７５】
望ましくは、最適化されたパターン21は、様々な印刷およびリソグラフィーパターンのジェネレータ（例えば設計交換形式、またはDXF）と互換性のある、電子フォーマットで出力される。
【０１７６】
最適化されたスペクトル窓
【数６１】
2005519309.tif 000063
および
【数６２】
2005519309.tif 000064
は、対象画像52の選択されたスペクトル成分をコード化する、放射フィルターおよび・またはフィルターペアを包含する変調器22の環状領域に位置付けされることに注意されたい。言い換えると、スペクトル成分は、対象画像52と、スペクトル窓
【数６３】
2005519309.tif 000065
および
【数６４】
2005519309.tif 000066
から処理された放射フィルターおよび・またはフィルターペアの環状領域との重なりによって規定される。このように、本発明の変調器22上の最適化されたケモメトリックエンコーダパターン21は、ケモメトリック最適化の問題の解決策に相当し、従来の比分散型化学および蛍光分析で使用される在来型の帯域通過フィルターセットに代わる。
多変量ケモメトリクスアナライザーの炭化水素の例
【０１７７】
図13Bおよび図13Cは、検体スペクトル、最適化されたスペクトル窓、および五つの炭化水素のケモメトリック分析用の、変調器22HC上の放射フィルターの間の対応を示す、前述の方法の実例を図示する。
【０１７８】
図13Cは、3.0から3.6ミクロンのスペクトル領域内にあるメタン、プロパン、ブタン、ペンタン、およびヘキサンなどの炭化水素の、対応する透過スペクトルおよび最適化されたスペクトル窓ＴHC.1からＴHC.5を示す。最適化されたスペクトル窓ＴHC.1からＴHC.5は、上述の方法を使用して得られた。図13Cはまた、検体が放射を吸収し、放射源24の総体的強度および・または検出器26の応答性を測定する、スペクトル領域外に位置する参照スペクトル窓ＴHC.Rを含む。望ましくは、多変量ケモメトリクスアナライザーは、放射源24のスペクトル出力、および・または検出器26のスペクトル応答性の変化を測定するために、二つ以上の参照スペクトル成分を使用する。
【０１７９】
図13Bは、放射フィルター50.HC.1から50.HC.5、および変調器22HC上の50.HC.Rの最適化された配置を表す。図13Cと対象画像62.HCの間の破線は、ケモメトリックの最適化されたスペクトル窓と変調器22HC上の放射フィルターの設計されたパターンとの、一対一の対応を示している。
【０１８０】
多変量ケモメトリクスアナライザーおよび対応する配置方法の解説において、サンプル38の位置は例示を目的に選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【０１８１】
多変量ケモメトリクスアナライザーおよび対応する配置方法の解説において、検体の数は例示を目的に選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【０１８２】
多変量ケモメトリクスアナライザーおよび対応する配置方法の解説において、参照成分の数は例示を目的に選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【０１８３】
多変量ケモメトリクスアナライザーおよび対応する配置方法の解説において、一つ以上の放射フィルターは、相補的あるいは集合的な放射フィルターペアによって置き換えられる。当該およびその他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０１８４】
多変量ケモメトリクスアナライザーおよび対応する配置方法の解説において、対象画像の数および放射検出器の数は、例示を目的に選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。ケモメトリックアプリケーションによっては、二つ以上のスペクトル検出器を含むことが有利となる。
【０１８５】
分散画像52のスペクトル領域を変化させることにより、また変調器22に適したパターンを設計することにより、メタン、プロパン、ブタン、ペンタン、およびヘキサンなどの炭化水素のための上述の機器及び工程は、気体、液体および個体相中の多様な化学種に適用される。例えば、揮発性の有機化合物、溶媒、水、汚染物質、ガソリン添加物、麻酔薬、クロロフルオロカーボン（CFC）、植物相、天然ガスの成分、および化学兵器などが皆、定量化および識別に使用される化学標識を有している。これらのアプリケーションおよびその他の化学標識は、本発明の範囲内にある。メタン、プロパン、ブタン、ペンタン、およびヘキサンなどの炭化水素のための上述の機器および工程はまた、蛍光染料の識別および定量化に適用される。他の放射基盤のスペクトル標識（例えば、蛍光発光、ラマンライン、原子発光）に基く化学成分の同定および定量化のアプリケーションは、本発明の範囲内にある。
【０１８６】
望ましくは、実質的に共通のプラットフォームを共用する（例えば、実質的に同一のプレ・エンコーダ光学部品36A、ポスト・エンコーダ光学部品36B、サンプルセル38、検出器26およびコンピュータ28を共用する）機器の種類が、多変量ケモメトリクスアナライザーに由来することができ、このとき変調器のパターン21は、特定のアプリケーション（変調器のパターン21および28.asfが、当種類中の特定の機器間の主要な違いである）のために設計されている。このように、一連の多様なアプリケーション特異的ケモメトリック分析の製造工程に、スケールメリットを適用することができる。
スペクトル較正アナライザー
【０１８７】
本発明独特の特徴の一つは、マグニチュードおよび位相がペアをなす二つのフィルターに入射する放射の相対的比率によって決定される場合の、単一のコード化された成分を作り出す、相補的フィルターペアを構成する能力である。放射スペクトルアナライザー100の別の実施例において、スペクトル較正アナライザー、相補的フィルターペアの放射位置および放射幅は、対象画像52を変調器22の放射軸上のアラインメントを測定する目的で、対象画像52の特定かつ既知のスペクトル特性の相対的位置を調べるために選択される。このように、相補的なペア55によりコード化された成分のマグニチュードおよび位相は、変調器22上の対象画像52のアラインメントを測定するのに使用される。
【０１８８】
スペクトル較正のための使用に適した既知のスペクトル特性の例に、H2O、CO2、メタン、プラスティック、およびその他の一般的な化学物質、一般的な染料の発光スペクトル、励起レーザーライン、回折パターン（例えば干渉縞）、様々なラマンライン（例えばN2、O2、およびH2O）、および一般的な光学材料（例えば、ガラス、サファイア、ZnSe、Si、Ge、GaF2、など）のスペクトル端、また薄膜フィルターなどの、多様な吸収標識が含まれる。変調器22の放射軸上の対象画像52のアラインメントを測定するのに適した、これらの、またその他のスペクトル特性は、本発明の範囲内である。
【０１８９】
以下の論議において、メタン（CH4）およびCO2の吸収標識を使用したスペクトル較正は例示の目的のものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではないとみなす。
【０１９０】
以下に続く論議に関し、離調された相補的ペアの放射成分を:
【数６５】
2005519309.tif 000067
また、離調された集合的ペアの放射成分を:
【数６６】
2005519309.tif 000068
と定義すると好都合であり、このとき、Δは放射軸に沿った変調器のパターン21に対し、対象画像52のベクトルの変位、Ψcal(λ)は構成検体の波長依存的透過スペクトル、そしてT1(λ)およびT2(λ)はペアを成す一番目および二番目のフィルターのそれぞれの標準化された透過性である。
【数６７】
2005519309.tif 000069
【０１９１】
望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的ペアは、対象画像52が変調器22の放射軸上に適切に配置されたときにS-(Δ)の振幅がゼロ化される（ゼロになる）ように設計される。
【数６８】
2005519309.tif 000070
【０１９２】
望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的フィルターペアは、S-(Δ)の振幅および位相が、変調器22の放射軸に沿った対象画像52の予想される離調領域上で一価になるように設計される。さらに望ましくは、対応するコード化された成分の振幅は、22上の52のアラインメントの最も正確な測定を可能にするための、変調器22の放射軸に沿った対象画像52の離調の強い関数である。
【０１９３】
スペクトル較正のために最適化された、相補的なペアを得る一つの方法は、メリット関数
【数６９】
2005519309.tif 000071
を最小化するパラメータを同定するため、それぞれの中心波長および帯域幅γ1およびγ2を系統的に変化させる。このとき、Δ0は予想最大離調パラメータである。既定の構成アプリケーション用に最適化された相補的ペアをみつけるため、相補的フィルターの中心波長および帯域幅は系統的に変化され、メリット関数を最小化する。
【０１９４】
一旦γ1およびγ2の適切なパラメータが見つかったら、変調器22の放射軸に沿った較正検体の透過スペクトルに関してγ1およびγ2を移動させることにより、（理論的に）対応する標準化された較正曲線Fが得られる。標準化された較正曲線の当該モデルの一つが
【数７０】
2005519309.tif 000072
によって示される。このとき、Δは波長離調パラメータ、即ち、変調器22の放射軸に沿った対象画像52のベクトルの変位である。
【０１９５】
望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的フィルターペアおよびS+(Δ)に対応する集合的フィルターペアは、標準化された較正曲線が濃度領域において較正検体の濃度に実質的に依存しないように処理されている。
【０１９６】
望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的フィルターペア、およびS+(Δ)に対応する集合的フィルターペアは、それぞれの環状部分が、アプリケーション特異的フィルターによって占められている環状領域または環状部分を除外するように、例えば、最適化されたケモメトリックフィルターがS-(Δ)およびS+(Δ)に対応するフィルターペアから、放射位置および・または環状部分によって分離されるように、設計されている。
【０１９７】
スペクトル較正アナライザーにおいて、変調器22の較正グループ中のフィルターペアの数および配置は例示を目的に選択されており、本発明の範囲の限定を意図するものではない。スペクトル較正アナライザーにおいて、メリット関数の形式および標準化された較正曲線は例示を目的に選択されており、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【０１９８】
望ましくは、スペクトル較正アナライザーは、変調器22の放射軸に沿った対象画像52の位置を離調するための変換ステージ（例えば、図9Bの成分35）を含み、Eqn.(27)の実験的バージョンを作り出す。より望ましくは、変換ステージは、機器および・または機器の組立工程における後の使用のための一つ以上の較正曲線を生み出すため、既知の長さのサンプルセル（例えば、図1Aの24と26の間に挿入されたサンプルセル38と同類のもの）内に閉じ込められている、既知の濃度の較正気体と併せて使用される。最も望ましくは、この変換ステージは、機器および・または機器の組立工程における後の使用のための一つ以上の較正曲線を生み出すため、背景検体（例えば、CO2、CH4、H2O、N2、またはO2）と併せて使用される。
【０１９９】
望ましくは、既知濃度の標準較正気体は、較正曲線を適切に標準化するため、放射源24と検出器26の間のスペクトル較正アナライザーの光学経路に位置する既知の長さのサンプルセル（例えば図1Aのサンプル38）内に含まれる。より望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的フィルターペアは、不完全回転周期（図11Aに示される）を含む環状部分内に限定され、対象画像52の実質的に同じ部分を測定するペアではない放射フィルターによって増大される。最も望ましくは、S-(Δ)に対応する相補的フィルターペアは不完全回転周期を含む環状部分内に限定され、相補的フィルターペアと実質的に同一の放射位置および放射幅を有するが、異なった環状部分を占める、例えば相補的なペアは変調器22の最初の半分の周期を占め、対応する集合的フィルターペアは変調器22の後の半分の周期を占める（以下の図14Cに示される）ような、S+(Δ)に対応する集合的フィルターペアによって増大される。このように、広範囲の較正検体濃度にわたって、標準化された較正曲線を得ることができる。
【０２００】
望ましくは、アプリケーション特異的関数28.asfにフィードバックを提供し、作動中の不完全なアラインメントの影響を補正する（例えば、温度変化によるアラインメントおよび変調半径の変化を補正する）ために、一つ以上の相補的フィルターペアから復号された振幅および位相が使用される。より望ましくは、アプリケーション特異的関数28.asfにフィードバックを提供し、作動中の不完全なアラインメントの影響を補正するため、例えば温度変化による一つ以上の光学成分、あるいは付属品のサイズまたはアラインメントの変化を補正するために、一つ以上の相補的なペア、および対応する集合的ペア（あるいはペアを成していないフィルター）から復号された振幅および位相が使用される。
【０２０１】
変換ステージ35を包含することは、アナライザー100への追加的経費となる。そのため、大量生産型の機器から電動の変換ステージ35を除去することが望まれる。望ましくは、一つ以上の相補的なペアから復号された振幅および位相が、組立工程中に、変調器22に対するプレ・エンコーダ光学部品のアラインメントにフィードバックを提供するため使用される。より望ましくは、一つ以上の相補的なペアおよび、対応する集合的ペア（ペアを成していないフィルター）から復号された振幅および位相が、組立工程中に、変調器22に対するプレ・エンコーダ光学部品のアラインメントにフィードバックを提供するため使用される。
【０２０２】
望ましくは、一つ以上の相補的および集合的フィルターペアの配置は、変調器22に対する対象画像52において、既知の長さのサンプルセル内に含まれた既知濃度の標準較正気体（例えば、窒素中の低濃度のメタン）の、一つ以上のスペクトル特性の相対的アラインメントを調べるために最適化される。このように、組立工程中に、変調器22に対するプレ・エンコーダ光学部品36Aの位置付けに関する組立技師へのガイダンス（フィードバック）を提供するために、標準較正気体は「アラインメント基準」（あるいは測定）として使用される。より望ましくは、S-(Δ)およびS+(Δ)にそれぞれ対応する相補的および集合的フィルターペアは、変調器22に対する対象画像52において、バックグラウンドCO2および・または水蒸気の一つ以上のスペクトル特性の相対的アラインメントを調べるために最適化される。このように、組立工程中に、変調器22に対するプレ・エンコーダ光学部品36Aの位置付けに関する組立技師へのガイダンス（フィードバック）を提供するために、バックグラウンドCO2および・または水蒸気は「アラインメント基準」（あるいは測定）として使用される。
【０２０３】
望ましくは、S-(Δ)およびS+(Δ)にそれぞれ対応する、相補的および集合的フィルターペアは、変調器22に対する対象画像52において、バックグラウンドCO2および・または水蒸気の一つ以上のスペクトル特性の相対的アラインメントを調べ、現位置での較正工程を可能にするために、例えば変調器22に対する対象画像52のアラインメントを（例えば、周囲の温度変化に反応して）継続的に測定する、また変調器22に対する対象画像52のアラインメントの変形例によりもたらされた副作用に対し、あとに続く復号された成分および・またはアプリケーション特異的アルゴリズム28.asfを較正するなどして、最適化される。
【０２０４】
図14Aは、最適化された較正スペクトル窓TSC.1からTSC.4までを表し、図14Bは、それぞれ3.0から4.5ミクロン領域中のCH4およびCO2のスペクトル吸収特性について得られた標準化された較正曲線を表す。較正曲線は両方とも、放射離調領域（対象画像52以下に示される図14Cの変調器のパターン21SCに対する、対象画像52の放射位置のずれ）上に、+/- 0.5mmの一価の作用を示す。CO2の較正曲線（破線）は、環境CO2中におけるアナライザー100のスペクトル較正を可能にする、匹敵濃度の較正気体の離調要因の強い関数（22SC上の完璧なアラインメントに対する52の変換）であることが示されている。
【０２０５】
図14Cは、変調器22の実施例22SCを表し、CH4およびCO2の透過スペクトルは、変調器22SCの放射軸上への対象画像52のアラインメントを測定するために使用されている。パターン21SCは、それぞれCH4およびCO2の吸収特性を使用して、変調器22SCの表面上への対象画像52のアラインメントを測定するために最適化された二つの較正グループを含む。相補的フィルターペア55.SC.1、および集合的フィルターペア57.SC.1を含む一つ目の較正グループは、変調器22SC上のアラインメントを測定するためにCH4の透過スペクトルを調べる。相補的フィルターペア55.SC.2、および集合的フィルターペア57.SC.2を含む二つ目の較正グループは、変調器22SC上のアラインメントを測定するためにCO2の透過スペクトルを調べる。図14Cに太字の点線で示されるように、変調器のパターン21SCは二つの半周期に分けられる。相補的フィルターペア55.SC.1および集合的フィルターペア57.SC.2は変調器22SCの最初の半周期を占め、集合的フィルターペア57.SC.1および相補的フィルターペア55.SC.2は変調器22SCの二番目の半周期を占める。このように、標準化された離調要因（標準化された較正曲線上の点）は、変調器22SCの回転周期上で測定される。較正曲線の標準化は、既知量の較正ガスの必要性を実質的に緩和する。望ましくは、22SC上への52のアラインメントを測定するため、標準化された離調要因は標準化された較正曲線と比較される。
【０２０６】
図14Dは、最適化された較正スペクトル窓TSC.1からTSC.4までを表し、図14Cは、最適化された較正スペクトル窓と放射フィルターペア21の処理されたパターンの間の一対一の対応を表す、変調器22SC上の放射フィルターペア（55.SC.1、55.SC.2、57.SC.1および57.SC.2）の配置を表す。
【０２０７】
図14Cで、スペクトル較正フィルターペア55.SC.1、55.SC.2、57.SC.1および57.SC.2を含む放射フィルターは隣接していない。隣接したスペクトル較正フィルターペアは、一つの顕著な特性のあるスペクトル特性、あるいはよく分離された特性（例えば、励起レーザーライン、回折最大値）に有用であり、本発明の範囲内にある。
【０２０８】
スペクトル較正アナライザーの説明において、それぞれ3.3および4.2ミクロンの、CH4およびCO2のスペクトル吸収特性を使用することは、例示目的のみの理由で選択されている。他のスペクトル領域、他の気体（H2O蒸気、O2など）、他の較正検体（液体H2O、吸収性の染料、蛍光染料、を含む）、および他の透過性、散乱性、放射性（例えば蛍光発光）スペクトル特性（例えば、光学材料の透過遮断、または一つ以上の薄膜フィルター、ラマンライン、および原子発光ライン）が、本発明の範囲内にある。
【０２０９】
スペクトル較正アナライザーの説明において、集合的フィルターペア57.SC.1および57.SC.2を使用することは、例示目的のみの理由で選択され、本発明の範囲の限定を意図するものではない。変調器のパターンに対する対象画像のアラインメントを測定する他のフィルターおよびフィルターペアの配列が、発明の範囲内にある。
【０２１０】
上述の較正フィルターペアは、アナライザー100の画像化の実施例にも同様に適用可能であり、相補的フィルター（および・または集合的フィルター）のペアの放射位置および放射幅は、対象画像52における既知の位置にある特定の空間特性（例えば、一つ以上の蛍光染料で満たされた、一つ以上のアラインメント毛管を備えた毛管配列）と適合するように選択されている。このように、相補的なペアによってコード化された成分のマグニチュードおよび位相を、変調器22上の対象画像52のアラインメントを測定するために使用することができる。
検出システム周波数依存補正アナライザー
【０２１１】
本発明の独自の特徴の一つは、（例えば、実質的に変調器22の同じ環状領域を占める、あるいは特定の較正源を使用するなどして）放射源24の実質的に同一な放射成分をコード化する、広範囲にわたる変調周波数のフィルターグループを構成する能力である。グループ内のフィルターを選択的に位置決めし、それぞれの変調周波数を注意深く選択することにより、検出器26および対応する電子検出機器の変調周波数を測定することができる。
【０２１２】
放射アナライザー100の別の実施例において、検出システム周波数依存補正アナライザー、検出器26（検出器および関連電子機器を含む）は、変調周波数の関数である応答性（シグナル入力vs.変調された光強度入力）を備えている。検出システム26の周波数依存性は、振幅をゆがめることに加え、異なった周波数で変調されたコード化された成分間の相対的位相をシフトさせ、それにより復号アルゴリズムが複雑化する。さらに複雑なことに、検出システム26の周波数依存性は固定的なものではなく、（例えば、気温あるいは平均照度の変化に反応して）時間を経て変化する。検出システム周波数依存補正アナライザーは、検出システム26の周波数依存性を周期的に構成し、検出システム26の周波数依存性の変形に起因するコード化された成分の振幅および位相のゆがみを補正するための、統合メカニズムを提供する。
【０２１３】
図15は、本発明の別の特徴を表す、放射変調器22FCの上面図である。変調器22FCは、三つの異なったモデル較正フィルターグループ59.FC.1、59.FC.2、および59.FC.3を含み、それぞれが検出システム26の周波数依存性を測定するために設計された、異なった変調周期を備えた三つのフィルターを含んでいる。較正グループ59.FC.1、59.FC.2、および59.FC.3は、実質的に同じ振幅の三つのコード化された周波数依存較正成分を提供するため、三つの異なった周波数により（例えば、較正フィルターを実質的に共通の環状領域に限定することにより）放射成分of 対象画像52の同じ放射成分を実質的に測定する。
【０２１４】
コンピュータ28.decは、コード化された周波数依存較正成分の振幅および位相を復号する。復号された振幅および位相は、検出システム26の周波数依存性を測定するため、コンピュータ周波数依存較正アルゴリズム28.utl(FCA)により入力として使用される。コンピュータアルゴリズム28.utl(FCA)は、二つの較正曲線、振幅vs.変調周波数、および位相vs.変調周波数を出力し、それらが次に（変調器22FCに示されていない）他の復号された成分を復号および標準化するため、コンピュータ28によって使用される。直角位相分析およびコード化された成分の再正常化は、周知の位相および正常化を備えた復号成分の二倍以上の計算機能を費やすため、（図1Aに示されるように、28.utl(FCA)から28.decへ通過する）復号係数の更新された集合を作る較正曲線を使用することが望まれる：
【数７１】
2005519309.tif 000073
このときδamおよびδpmは、それぞれ、検出システム26の周波数依存性に合わせてコード化された成分{m.p}を補正する、周波数依存的振幅および位相補正である。周波数依存的振幅、位相補正δamおよびδpm、また更新された復号係数
【数７２】
2005519309.tif 000074
は、例えば、一つ以上の温度感知器および・またはタイマーが引き金となり、アプリケーションにより規定された回数だけ、較正曲線から再算出される。このように、検出システム26の周波数依存性は、アプリケーション特異的コンピュータアルゴリズム28.asfの結果を損なわないように予防されている。
【０２１５】
図15は、検出システム周波数依存補正アナライザーにおいて使用される、異なった変調周波数を有する三つの周波数依存性較正成分のグループを表している。較正グループ59.FC.1は、異なった変調周波数を有する三つの隣接した同心の放射フィルターを含む。較正グループ59.FC.1は、非固定的で一様でない放射強度分布から起こるエラーの影響を受けやすい。較正グループ59.FC.2は、共通環状領域内の連続した環状部分を占める、三つの放射フィルターを含む。この設計は59.FC.1にとっては望ましいが、サブ回転周期の強度の過渡から起こるエラーの影響を受けやすい。較正グループ59.FC.3は、異なった変調周波数を有する三つのインターレース放射フィルターを含む。一様でない放射強度分布、およびサブ回転周期の強度の過渡の影響を実質的に受けないため、この設計が最も望ましい。
【０２１６】
図15に示される較正グループは、例えば、上述の多変量ケモメトリクスアナライザーの最適化されたケモメトリックパターンなどの、アプリケーション特異的パターンと組み合わされるよう意図されている。このように、アプリケーション特異的成分を、検出器26の周波数依存性に合わせ補正することができる。
【０２１７】
変調器22FCにおいて、各周波数依存的較正グループのフィルターの数、また環状領域および環状部分の配置は、例示のために選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
ショートパスポスト・エンコーダ光学部品
【０２１８】
図1のアナライザー100の多くのアプリケーションにおいて、変調器22と検出器26（あるいはサンプルセルへの入り口）の間の光学経路の長さを制限する深刻な問題がある。例えば、規制されていない経路の干渉の影響を受けやすいスペクトル成分の測定をする分析においては、短い光学経路が望ましい。別の共通した設計の制限は、検出器26（あるいはサンプルセルの孔）の表面での、コード化されたビームの許容される最大スポットサイズを決定する、検出器の素子の断面（あるいはサンプルセルの断面）のサイズである。本発明の最も重大な技術上の問題の一つは、検出器の素子（あるいはサンプルセル38）の断面の一つ以上の寸法が、変調器22の放射軸に沿った対象画像52の長さよりも実質的に短い（例えば1/4以下である）実施例のための、ポスト・エンコーダ光学部品36Bの設計である。図1Aのアナライザー100の対象画像52が分散画像である実施例において、この問題は複雑化する。望ましくは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bは、二つ以上のコード化されたスペクトル成分（例えば、図1A の56.1および56.2）が、検出器の素子の表面あるいはサンプルセル38の入り口において、互いに実質的に重なり合うように設計される。
【０２１９】
反射性変調器22を使用するアナライザー100の実施例において、検出断面（あるいはサンプルセルの断面）の制限は、回転軸40の周りの変調器22のスピンドルの揺れが、検出器の素子（あるいはサンプルセルの入り口）の表面上に集束されたエンコーダ成分（例えば56.1および56.2）の動きの原因となる場合と同様に、ショートパスの原因となる。スピンドルの揺れは、（例えば、検出器26の応答性に空間変動があった場合）その振幅が変調器22と検出器26の間の光学距離が増加するのに伴って増加する、検知された放射のエンベロープ変調の原因となる。光学経路が長すぎる場合、コード化されたビーム56は周期的に検出器の素子から完全に離れ、コード化された波形の一つ以上の突然の途切れ、および復号された振幅の対応する変形の原因となる。これらの、また他の実施例において、変調器22と検出器26の間に短い光学経路を提供し、検出器26の表面上にコード化された成分の実質的に重なり合った画像を含むコード化されたビームスポットを作るように、ポスト・エンコーダ光学部品36Bを設計することが望ましい。望ましくは、スポットのサイズは検出器26の素子のサイズと実質的に同じであるが、スポットのサイズが検出器26の素子のサイズよりも小さいこともある。より望ましくは、各コード化された成分の放射密度（並行配列される）は、検出器26の範囲にわたり実質的に一様である。このように、検知されたシグナル27上のスピンドルの揺れの影響を最小限化することが可能である。
【０２２０】
以下に続く論議において、（約）F/4のプレ・エンコーダ光学部品（分光器）により、また変調器22の反射性の実施例を使用して作り出された25.6 mm x 2.0 mmの分散画像の、小型ショートパスポスト・エンコーダ光学部品の二つの配置SP1およびSP2について説明する。対象画像52の分散軸は、変調器22の放射軸に沿っている。ショートパスポスト・エンコーダ光学部品は、変調器22の直径よりも短い、合計光学経路長（中心上の）を有し、各コード化された放射成分の最低20％（あるいはコード化された成分全体の平均20％）を3.0 mm x 3.0 mmの断面（例えば、検出器の素子、あるいはサンプルセルの入り口）上に集束する。
【０２２１】
図16Aは、スペクトル放射アナライザー100に使用される、小型ショートパスのポスト・エンコーダ光学部品の配置SP1の一つの実施例を表す。配置SP1はアナライザー100の実施例に合わせて設計され、このとき検出器素子26.SP.1は3 mm x 3 mmの断面を有し、対象画像52は、分散軸について平行25.6 mm、垂直2.0 mmの範囲の（3.0から5.0ミクロンのスペクトル領域内の）分散画像である。アナライザー100のポスト・エンコーダ光学部品のSP1配置36B(SP1)は、変調器22の表面の対象画像52から始まり検出器素子26.SP.1で終わる順番の（以下に続くSP1の論議において、帯域通過フィルター26.SP.3あるいは検出器窓26.SP.2は考慮しない）、以下の素子を含む：
配置36B(SP1):
36B(SP1).1:  双円錐反射体、
36B(SP1).2:  平面折りたたみミラー、および
36B(SP1).3:  平凸集束レンズ。
【０２２２】
配置SP1は、検出器26.SP.1の表面上に小さいコード化されたビームスポットを提供する集束レンズの色分散を引き出す利点があるが、36B(SP1)のスペクトル領域は36B(SP1).3の透過特性により限定される。望ましくは、検出器26のスペクトル応答性と適合するように、36B(SP1).3が検出器26.SP.1と一体化される。
【０２２３】
図16Aに示されるように、36B(SP1)について、変調器22によってコード化された128の分散放射成分56.SP.{1,128}は、双円錐反射体36B(SP1).1によって収集され、折りたたみミラー36B(SP1).2によって反射され、またレンズ36B(SP1).3によって検出器素子26.SP.1上に集束される。図16Aに示されるように、放射成分56.SP.{1,128}は、検出器素子26.SP.1の表面上で実質的に互いに重なり合う。36B(SP1)の中心における光学経路の全長は、おおよそ41 mm（変調器22の半径の約2/3）である。
【０２２４】
図16Bは、図16Aに示されたポスト・エンコーダ光学部品36B(SP1)の収集効率vs.波長（128のコード化されたスペクトル成分の個々の収集効率）を表す。収集効率は、対象画像52から収集され検出器素子26.SP.1（26.SP.1を遮断する）に送られた、所定のコード化された放射成分の放射の比率として定義される。図16Bに示される配置SP1の収集効率は、市販のPbSe検出器の限られた視野（FOV）の影響を含む。図16Bに示されるように、配置SP1について、平均収集効率は70%以上であり、個々のコード化された成分の領域は67%から89%の間である。
【０２２５】
双円錐反射体36B(SP1).1は、照射された縦横比3：1以上、また、おおよそ二つの因数分（例えば、46 mmおよび27.5 mm）異なる、長さおよび長い半径が分散軸と平行な屈曲半径を有している。双円錐反射体 36B(SP1).1は、実質的に重なり合った成分の、集束されたコード化されたビーム56.SP.{1,128}を提供するため、52の分散を妨げる。折りたたみミラー36B(SP1).2は、コード化されたビームを変調器22から離れて反射させ、検出器26.SPを配置する余地を提供するために使用される。
【０２２６】
図16Cは、36B(SP1)の側面図である。図16Cに示されるように、折りたたみミラー36B(SP1).2は、（複付点の線で示される）変調器22の平面と平行な、（鎖線で示される）平面上に位置する。36B(SP1)の大きさを最小限にするため、折りたたみミラー36B(SP1).2の平面は、変調器22の表面に平行に、できる限り近くにおかれる。例えば、Δzminは、変調器22に対し、36B(SP1)の成分の位置決めをするのに必要な、ブラケットおよび付属品（図示されていない）によって決定される、変調器22と36B(SP1).2の間の最小間隔、例えば、Δzminは2インチ以下である。
【０２２７】
集束レンズ36B(SP1).3は屈曲半径が約18 mmの球状の平凸レンズであり、検出器窓26.SP.2を通して検出器素子26.SP.1にコード化されたビームを集束するために使用される。望ましくは、36B(SP1).3の集束レンズの材料は色分散の効果を使用し、より小さく、より重なり合っている、および・または検出器素子26.SP.1の表面上の一様なコード化されたビーム56.SP.{1,128}を作り出すために選択されている。
【０２２８】
ポスト・エンコーダ光学部品36Bの配置SP1は、（中心での）光学経路全長41 mm（変調器22の半径の約2/3）を有する。
【０２２９】
図16Dはfor双円錐ミラー、平面ミラーおよび36B(SP1)の平凸集束レンズの代わりに、二つのフレネル双円錐反射体を使用する、アナライザー100のポスト・エンコーダ光学部品36Bの二番目の配置SP2の側面図を表す。配置SP2はまた、アナライザー100の実施例に合わせて設計されており、このとき検出器素子26.SP.1は3 mm x 3 mmの断面を有し、対象画像52は分散軸について平行25.6 mm、垂直2.0 mmの範囲の（3.0から5.0ミクロンのスペクトル領域内の）分散画像である。図16dに示されるように、配置SP2は、変調器22の表面の対象画像52から始まり検出器素子26.SP.1で終わる順番の（以下に続くSP2の論議において、帯域通過フィルター26.SP.3あるいは検出器窓26.SP.2は考慮しない）以下の素子を含む：
配置36B(SP2)：
36B(SP2).1:  フレネル双円錐反射体、
36B(SP2).2:  フレネル双円錐反射体、
【０２３０】
配置SP2は、設計中の光学素子が一つ少ないという利点を有する。配置SP2はまた、完全に反射性の成分であるという顕著な利点を有し、このため放射を多くの異なった波長領域にコード化するアナライザー100の多様な実施例において有用となる。図16Dに示されるように、36B(SP2).1の面は変調器22の平面（複鎖線で示される）と平行な平面（鎖線で示される）に位置するように設計され、これにより設計および組立が著しく簡易化される。36B(SP2)の大きさを最小化するため、フレネル双円錐反射体36B(SP2).2の面は変調器22の表面に平行に、またできる限り近くにおかれる。例えばΔzminは変調器22に対し、36B(SP2)の成分の位置決めをするのに必要なブラケットおよび付属品（図示されていない）によって決定される変調器22と36B(SP2).2の間の最小間隔、例えばΔzminは2インチ以下である。
【０２３１】
ポスト・エンコーダ光学部品36Bの配置SP2はまた、変調器22の半径の約2/3の（中心での）光学経路全長と同様の収集効率を有する。図16Dに示されるように、放射成分56.SP.{1、128}は、検出器素子26.SP.1の表面で実質的に互いに重なり合っている。
【０２３２】
ショートパス光学部品36Bの配置SP1およびSP2において、様々な屈曲半径、双円錐フレネル表面の小面、および個々の光学素子の空間配置は、Zemax（登録商標）光学設計プログラムに含まれるユーザー定義のオペランド（UDO）最適化法を用いて最適化されている。UDO最適化機能は、ユーザーがプログラミング言語「c」におけるアプリケーション特異的メリット関数を作り出すことを可能にする。上述のショートパス配置の最適化に使用されるUDO、UDO.SPは、放射源24から検出器26.SPまでの放射を波長の関数としてトレースするために、Zemax（登録商標）のレイトレーシングエンジンを使用する。UDO.SPにおいて、合計メリット関数χSPは
【数７３】
2005519309.tif 000075
で表され、このとき、χpathはパスレングスメリット関数であり、χnは波長効率メリット関数であり、また合計はＮλ上の、対象画像52の選択されたスペクトル成分である。
【０２３３】
UDO.SPにおいて使用されるパスレングスメリット関数は
【数７４】
2005519309.tif 000076
で表され、このとき、
【数７５】
2005519309.tif 000077
は、対象最大路長であり、
【数７６】
2005519309.tif 000078
はそれぞれ対象画像52と検出器素子26.SP.1の間の中心光学距離（透過性成分の中心を通る、また光学部品36Bの反射性成分の中心間での）であり、またσpathは
【数７７】
2005519309.tif 000079
のペナルティを制御する調整可能なパラメータである。SP1およびSP2の最適化において、対象最大路長は変調器22の半径の2/3となるように選択されたものである。
【０２３４】
ポスト・エンコーダ光学部品36Bの効率を波長の関数として測定する波長効率メリット関数は
【数７８】
2005519309.tif 000080
によって表され、
このとき、
【数７９】
2005519309.tif 000081
およびεnはそれぞれ、n番目の波長λnでUDO.SPにより算出された対象効率およびレイトレース効率であり、σnは
【数８０】
2005519309.tif 000082
のペナルティを制御する調整可能なパラメータである。UDO.SPにおいて、検出器素子26.SP.1には、限定された大きさ（例えば、3 mm x 3 mm）および限定された視野（FOV）（例えば45度）が与えられている。効率εnは、特定されたFOVよりも小さな入射角で検出器素子26.SP.1を遮る、放射源24からトレースされた単なる放射（λnでの）の比率である。SP1およびSP2の最適化において、3から5ミクロンの間の32の等間隔の波長がトレースされ、対象効率はすべて70％に設定される。各波長について、異なった起源および異なった初期伝搬ベクトルを有する複数のトレースが、限定された放射源24および限定された入射孔32をシミュレートするために使用される。
【０２３５】
個々の波長の対象効率
【数８１】
2005519309.tif 000083
を注意深く選択することにより、検出器26.SPのスペクトル応答性、あるいはアナライザー100の他の光学成分（例えば、放射源24、プレ・エンコーダ光学部品36Aなど）のスペクトル効率を補正するためにポスト・エンコーダ光学部品36Bを最適化することができる。これらの、またその他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０２３６】
UDO.SPには、光学部品36Bの設計を最適化し、検出器素子のより均一な並行配列されるを各スペクトル成分に提供するためのオプションがある。この実施例において、UDO.SPは、χnの均一並行配列されるメリット関数〈χn〉と置き換わる。
【数８２】
2005519309.tif 000084
このときＮmは、検出器素子26.SP.1の断面を含む多数の同サイズの領域を規定するパラメータであり（26.SP.1はＮm個の同じサイズの領域にさいの目に切られる）、また
【数８３】
2005519309.tif 000085
はn番目の波長および検出器26のm番目のサブエリアでUDO.SPによって算出されたレイトレース効率である〈χn〉により最適化されたショートパスポスト・エンコーダ光学部品36Bの実施例は、検出器素子26.SP.1の断面席上に実質的に均一な並行配列されるを有する。このように、検知されたシグナル27へのスピンドルの揺れの影響を最小限化することができる。
【０２３７】
集束レンズ36B(SP1).3の適切な代用品と共に、ポスト・エンコーダ光学部品36Bを、実質的に同一の入射角、長さ、幅、および分散角度を有する一般的な種類の分散画像用に使用することができる。軽微な変更により、ポスト・エンコーダ光学部品36B(SP1)を、アナライザー100に基づいた多様な製品に組み込むことが可能である。ポスト・エンコーダ光学部品配置SP2は、すべて反射性の成分から成るため、アナライザー100に基づいた多様な製品にスケールメリットを使用し、修正することなく36B(SP2)を組み込むことが可能である。これらの、また他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０２３８】
36Bの設計に、付加的な光学素子、球形でない円錐の断面、屈折性あるいは回折性の素子、または屈折率分布型レンズなどを導入することにより、コストおよび製造の複雑性は著しく増加するものの、明白な改善が得られ、またこれらが本発明の範囲内であることが注目される。
【０２３９】
分散画像の大きさ、プレ・エンコーダ光学部品f/#、対象効率、光学素子の一および屈曲、メリット関数、およびコード化された成分の数は、例示の目的で選択されたものである。透過性変調器用に設計された他のポスト・エンコーダ光学部品、別のプレ・エンコーダ光学部品、別の中心路長、別の対象効率、異なった数の素子、別の屈曲、別のメリット関数、および・または組み込まれた線状でない円錐の断面、屈折性または回折性の素子、あるいは屈折率分布型レンズが、本発明の範囲内にある。
コード化されたフィルター‐光度計アナライザー
【０２４０】
図1に描かれたアナライザー100の別の実施例において、コード化されたフィルター‐光度計アナライザーは、一つ以上の未知のサンプルを調べる、複数のコード化されたスペクトルフィルターされたビームを提供するため、一つ以上のブロードバンド放射源および波長フィルターの集合（例えば配列）を使用する、多重チャンネルエンコーダ・フィルター‐光度計である。
【０２４１】
コード化されたフィルター‐光度計アナライザーにおいて、放射源24からの放射は、最初の複数の選択されたスペクトル成分を提供するため、波長フィルターの集合によりフィルターされる。放射源の例として、広域放射源、マルチフィラメントランプ、および黒体放射の配列が含まれる。波長フィルターの例には、多重誘電層帯域通過フィルター、エタロン、および（例えば、位相差版・および・を積み重ねた）ダイクロイックミラーが含まれる。さらに波長フィルターの例として、多様な気体あるいは液体で満たされた、放射分析相関セルが含まれる。またさらに波長フィルターの例として、一つ以上の部分的に透過性の（あるいは部分的に反射性の）個体を組み込んだ、光学素子が含まれる。放射現および波長フィルターの、当該およびその他の例は、本発明の範囲内にある。
【０２４２】
望ましくは、波長フィルターの集合は、一番目の複数の検体および参照ビームを提供するため、検体および基準波長フィルターの両方を含んでいる。検体ビームの例として、CO、CO2、NOx、N2O、H2O、H2S、溶媒、および天然ガスの成分を含む多様な炭化水素によってフィルターされた放射が挙げられる。内在する危険性のため、化学兵器およびその他の毒性の気体および液体によりフィルターされた放射は、検体ビームの実用性の低い例とされる。検体ビームの例としてさらに、選択されたスペクトル成分が、対応する検体の一つ以上の主なスペクトル特性に実質的に適合するように設計されている場合に、一つ以上の多重誘電層帯域通過フィルターあるいはダイクロイックミラーによってフィルターされた放射が含まれる。例えば、検体ビームは多変量ケモメトリクスアナライザーの一つ以上の最適化されたスペクトル成分を含む。参照ビームの例として、N2、水、溶媒、あるいは完全または部分真空によりフィルターされた放射が挙げられる。参照ビームの例にはさらに、選択されたスペクトル成分がサンプル中に存在する可能性のある、すべての検体の主なスペクトル特性との適合を最小限化するように設計されている場合に、一つ以上の多重誘電層 帯域通過フィルターによってフィルターされた放射を含む。
【０２４３】
波長フィルターの集合を通ってフィルターされた放射は、プレ・エンコーダ光学部品36Aによって画像化され、変調器22の放射軸に実質的に沿って対象画像52を形成する。対象画像52は、波長フィルターを経て透過した放射に対応する、変調器22の一つ以上の放射軸に沿った実質的に異なる放射位置に集束された（あるいは中心付けられた）一番目の複数のサブ画像を含む。変調器22は、対象画像52をコード化する異なった半径上に多数の放射フィルターを有し、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴って、二番目の複数のコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化されたビームが個々の波長フィルターを経て透過した放射との実質的に一対一の対応を有するように、サブ画像は放射フィルターと並行配列される。
【０２４４】
望ましくは、コード化された検体および参照ビームは、一つ以上のサンプルを通して伝搬される（あるいは反射される）。サンプルの例として、外気、自動車の排気ガス、プロセスの流れ、貨物コンテナの内部の空気、HVAC（冷暖房空調設備）の吸い込み、配管または排気管、および天然ガスが挙げられる。サンプルが気体または液体である場合、サンプルはサンプルセル内に入れられていることが望ましい。サンプルの例として、さらに透過性および反射性の個体が含まれる。
【０２４５】
コード化されたフィルター‐光度計アナライザーの一つの実施例において、多数の気体および・または液体サンプルから多重化を提供するため、多数のサンプルセルが使用される。パターン21およびポスト・エンコーダ光学部品36Bの配置は、各サンプルセルに検体・参照ビームペアのアプリケーション特異的グループを提供するように設計されている。例えば、一番目のサンプルセルは二つの未知の検体濃度を含み、分析のために少なくとも二つの検体・参照ビームペアを使用する。また二番目のサンプルセルは五つの未知の検体濃度を含み、分析のために少なくとも五つの検体・参照ビームペアを使用する。二つ以上のサンプルを同一の検体・参照ビームペアによって調べることがアプリケーションによって要される場合、多数の検出器およびADCを以下に説明する要領で使用することができる。このように、多数のサンプルを実質的に同時に調べることが可能である。
【０２４６】
サンプルを通して伝搬した後、コード化された相関ビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより検出器26上に収集され、方向付けられ、また集束され、またコンピュータ28は、コード化された成分の振幅を決定するためにコード化されたビームに反応して、検出器26によって発生されたシグナルを分析する。コード化された成分の振幅は、続いて、アプリケーション特異的アルゴリズム28.asfにより使用され、サンプル中の一つ以上の検体の存在および濃度を決定する。
【０２４７】
望ましくは、検体および参照ビーム（およびそれぞれの対象サブ画像）は、変調器22の放射軸に沿って順にペアとして（各検体ビームが、対応する参照ビームに隣接している）あるいは一つ以上の対称半径に対して参照的に（各検体ビームが、一つ以上の対称半径について、対応する参照ビームの反対側にある）配置され、サンプル内に実質的に同一の光学経路を有する、および・または検出器26の表面上に実質的に同一の標準化された強度分布を有する検体・参照ビームペアを含む。より望ましくは、結果として得られるコード化された成分の振幅および位相が検体および参照ビームの相対強度によって決定されるように、所定のペアの検体および参照ビームは、相補的フィルターペアによってコード化される。最も望ましくは、相補的フィルターの相対的変調強度は、サンプルセル内に相関吸収が欠如した（あるいは想定レベルである）状態において、結果として得られるコード化された成分をゼロにするように、（例えば、対応する参照ビームの経路に孔あるいは減光フィルターを挿入する、あるいは検体ビームをコード化する放射フィルターに対し、参照ビームをコード化する放射フィルターの幅あるいは変調度を変化させることによって）設計される。このように、コード化されたフィルター‐光度計アナライザーは、最高測光精度の、フィルターされた光度計測を提供する。
【０２４８】
望ましくは、各検体・参照ビームペアのスペクトル領域は、検体の一つ以上の主要なスペクトル特性を分離する、あるいは一つ以上の異なった（他の）検体の一つ以上の主要なスペクトル特性を除外するため、（例えば、一つ以上のダイクロイックミラー、帯域通過フィルター、および・または天然ガスの一つ以上の成分を含んだ様々な気体あるいは液体で満たされたセルによって）限定されている。このように、当機器のサンプル中の検体に対する検出感度（例えば、サンプルセル中の検体の所定の濃度に反応してコード化された検体・参照ペアの振幅）および・または特異性（例えば、二つ以上の検体を識別する能力）を高めることができる。例えば、メタン（天然ガスの主要成分）で満たされたセルを、フィルターされた参照成分中、および天然ガスの分析に使用されるフィルターされたメタンではない検体の成分中の、メタンのスペクトル特性を除外するために使用することができる。
【０２４９】
システムを通過する所定のコード化されたビームの経路（サンプルあるいは相関セルを含む）は、実際は放射源24から始まり変調器22上の対応する放射フィルターの活性範囲から反射され検出器26に到達する、すべての光線トレースからの経路の重ね合わせである。その結果、変調器22の回転に伴って活性範囲内の放射フィルターのパターンが変化すると、経路の重ね合わせが変化する。ビームの減衰が経路長による場合の吸収性の検体の存在下において、経路の重ね合わせの変化により、コード化された成分の波形のゆがみがもたらされる可能性がある。本発明において、これらの影響は、放射フィルターのパターン中の一つ以上の軸に沿った突然の途切れの数を減らすことにより最小限化することができる。望ましくは、変調器22の放射フィルターは、上述の「バーコード」あるいは「碁盤の目」のようなパターンを含み、システムを通して実質的に均一な光学経路の重ね合わせを有する一つ以上のコード化された成分を提供する。
【０２５０】
図17Aは、二つの検体・参照相関セルペア{F.A1、F.R1}および{F.A2、F.R2}によってそれぞれフィルターされた放射をコード化する、コード化されたフィルター‐光度計アナライザーの実施例の概略上面図である。相関セルF.A1および相関セルF.A2は、既知濃度の検体A1およびA2によりそれぞれ満たされている。図17Aに示されるように、放射は二つのブロードバンド、または多重スペクトル成分放射源24.FP.1および24.FP.2により提供される。放射源24.FP.1からの放射は、対象サブ画像52.FP.A1を変調器22FPの放射軸に沿った一つ目のポイントに、52.FP.R1を変調器22FPの放射軸に沿った二つ目のポイントに形成するため、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP).2.1（例えば一番目のレンズペア）により収集され集束される。同様に、放射源24.FP.2からの放射は、対称サブ画像52.FP.A2を変調器22FPの放射軸に沿った三つ目のポイントに、52.FP.R2を変調器22FPの放射軸に沿った四つ目のポイントに形成するため、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP).2.2（例えば二番目のレンズペア）により収集され集束される。対象サブ画像（52.FP.A1、52.FP.R1、52.FP.A2、52.FP.R2）および対応する放射源（24.FP.1、24.FP.2）は、それぞれ対象画像52および放射源24を含む。
【０２５１】
図17Aに示されるように、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP)は、検体・参照ビームペア{56.A1,56.R1}のスペクトル領域を限定し、検体A1の一つ以上の主要なスペクトル成分を分離するために、帯域通過フィルター36A(FP).1.1を含み、検体・参照ビームペア{56.A2,56.R2}のスペクトル領域を限定し、検体A2の一つ以上の主要なスペクトル成分を分離するために、帯域通過フィルター36A(FP).1.2を含む。例えば、帯域通過フィルターは、多変量ケモメトリクスアナライザーの二つの最適化されたスペクトル窓に適合するように設計されている。このように、サンプル中の所定濃度の検体に対応する、コード化された検体・参照ペアの振幅の変化（即ち検出感度）を高めることができる。
【０２５２】
図17Aに示されるコード化されたフィルター光度計の代替的実施例において、帯域通過フィルター36A(FP).1.1または36A(FP).1.2は、一つ以上の異なった（他の）検体の一つ以上の主要なスペクトル特性を除外するため、様々な気体、液体、あるいは固体（例えば、天然ガスの一つ以上の成分）で満たされたセルと置き換えることができる。このように、当機器のサンプル中の検体に対する特異性（例えば、二つ以上の検体を識別する能力）を高めることができる。例えば、メタン（天然ガスの主要成分）で満たされたセルを、フィルターされた参照成分中、および天然ガスの分析に使用されるフィルターされたメタンではない検体の成分中のメタンのスペクトル特性を除外するために使用することができる。
【０２５３】
コード化されたフィルター‐光度計アナライザーの概略側面図が、放射源24.FP.1から検出器26へのビーム56.A1の経路をさらに表すために、図17Bに示される。図17Bに示されるように、放射源24.FP.1からの放射は帯域通過フィルター36B(FP).1.1によりフィルターされ、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP).2.1によって収集、集束されて、サブ画像52.FP.A1を変調器22FPの表面上に形成する。変調器22FPが回転軸40の周りを回転するのに伴い、サブ画像52.FP.A1が放射フィルター50.FP.1および相補的放射フィルターペア55.FP1により順にコード化され、コード化されたビーム50.A1を提供する。コード化されたビーム50.A1はポスト・エンコーダ光学部品36B(FP).1.1によって収集され、既知の濃度の検体A1を含む相関セルF.A1を通して方向付けられる。相関セルF.A1を通して伝搬した後、コード化されたビーム56.A1はポスト・エンコーダ光学部品36B(FP).2.1によって収集され、サンプルセルSCを通して方向付けられる。サンプルセルSCを通して伝搬した後、コード化されたビーム56.FP.A1はポスト・エンコーダ光学部品36B(FP).3によって収集され、検出器26上に集束される。
【０２５４】
図17Aに示されるように、コード化されたフィルター‐光度計アナライザーの検体および参照セルF.A1、F.R2、F.A2およびF.R2は、各検体ビームが、対応する参照ビームと隣接し、サンプルセル38.FP内で実質的に同一の経路を有するおよび・または検出器26の表面上に実質的に同一の強度分布を有する検体・参照ビームペアを含むように配置される。より望ましくは、結果として得られたコード化された成分の振幅および位相が検体および参照ビームの相対強度によって決定されるよう、所定のペアの検体および参照ビームは相補的フィルターペアによってコード化される。最も望ましくは、相補的フィルターの相対変調振幅は、サンプルセル内に相関吸収が欠如した（あるいは正常レベルである）状態において、結果として得られるコード化された成分を（例えば、検体に匹敵する振幅と参照ビームを合わせることにより）ゼロにするように、（例えば孔あるいは減光フィルターを対応する対象ビームの経路に挿入する、あるいは検体フィルターに対する参照フィルターの幅または変調度を変化させることによって）設計される。
【０２５５】
図17において、光学素子の順番は例示を目的として選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。例えば、エンコーダに対する検体および参照セル配列の位置は任意である。相関セルを経て透過した放射をコード化することができ、あるいは放射をコード化してから相関セルを経て透過させることができる。さらに、サンプルセルを、ビーム経路において放射源24と検出器26の間の任意の位置に置くことができる。これら、および他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０２５６】
図9に関し、上述のコード化されたフィルター‐光度計アナライザーについて、スペクトル的にフィルターされたサブ画像の集合の位置、検体および基準波長フィルターの配列の位置、サンプルセルの位置、および・またはその他の光学素子を、対象画像52が変調器22上に配列されるように、またコード化された相関ビームがサンプルセルを通過して検出器上に配列されるように制御することができる。図17Aに示されるように、すべての光学成分は前もって配列され、対象画像52.FPを配列するため、変調器22FPに対して動くことのできる共通ステージ35.FP上に取り付けられている。望ましくは、放射源24.FPは多くのアラインメント空間成分を含み、変調器22FPはアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA)に入力を提供し、続いて対象画像52.FPを変調器22FP上に配列するため、一つ以上の光学素子（例えば35.FP）を位置付ける一つ以上のコントロールシグナルを発生するための多くのアラインメントチャンネルを含む。
【０２５７】
望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP)は、異なった放射軸に沿った異なった放射位置に、検体および参照サブ画像（例えば、52.FP.A1、52.FP.R1、52.FP.A2および52.FP.R2）を提供するように設計される。より望ましくは、個々の素子（例えば、帯域通過フィルター、放射源、レンズ）をプレ・エンコーダ光学部品36A(FP)に取り付けるために使用される機械の備品（ブラケット）は、（例えば、検体・参照相関セルペアを、異なった放射軸に沿って異なった放射位置に、位置付けることにより）検体・参照ペアのサブ画像（例えば、{56.A1、56.R1}、{52.FP.A2および52.FP.R2}）間の放射分離を最小化するように設計される。
【０２５８】
望ましくは、個々のフィラメントの位置、および個々のラジエータの位置は、プレ・エンコーダ光学部品36A(FP)の設計を簡素化するため、例えば、フィラメントおよび・またはラジエータのピッチを変調器22上の放射フィルターペアのピッチと一致させるなど、放射フィルターの配置と併せて設計される。
位相固定雑音排除アナライザー
【０２５９】
図1のアナライザー100の多くのアプリケーションにおいて、システム中に、28.adcによってデジタル化されたコード化されたシグナルを損なう（例えば、放射源の駆動電流、スイッチの電源、60 Hzライン、モーターおよび冷却ファンからの逆起電力など）一つ以上の実質的に周期雑音源がある。積極的な位相固定なしでは、周期雑音源の位相はコード化された放射成分の位相に対してドリフトし、コード化された振幅の予測不可能なゆがみの原因となる。雑音源の位相が変調器の回転に対して位相固定されている場合、エンコーディング高調波の慎重な選択により、デジタル化されたコード化されたシグナルの乱れを最小化する、あるいはかなり除去することができる。
【０２６０】
アナライザー100の別の実施例において、位相固定雑音排除アナライザーは、コード化された成分の変形を最小限化するため、変調器22の回転を一つ以上の周期雑音源に位相固定する雑音サーチアルゴリズム28.utl(NSA)および雑音位相固定アルゴリズム28.utl(NPL)を含む。
【０２６１】
図18は、位相固定雑音排除アナライザーの概略図である。図18に示されるように、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴い、コード化されたビーム56.PLを提供するため、変調器22は放射源24からのコード化された放射への放射フィルターを含んでいる。当放射フィルターの変調関数は、変調器22の回転周期の高調波となるように設計されている。このため、コード化されたビームは、コード化された高調波のセット56.PL.1、56.PL.2および56.PL.3を含む。コード化されたビーム56.PLは、コード化されたビーム56.PLに反応して検出器26に送られ、また一つ以上の実質的に周期的な雑音源29により変形される。
【０２６２】
図18に示されるように、コンピュータ28は、電動スピンドル42の速度を変化させるためのモーター制御アルゴリズム28.utl(MCA)およびデジタル‐アナログ変換器28.dacを含む。コード化された成分56.PL、{1、2、3}の復号に加え、コンピュータ28は、変調器22の回転周期の高調波でもあるがコード化された高調波のセット中にはないノイズトラッキング高調波のセットの振幅および位相を復号する。このノイズトラッキング高調波は、雑音サーチアルゴリズム28.utl(NSA)により28.decに提供される。望ましくは、このノイズトラッキング高調波のセットは、28.utl(NSA)による周期雑音源29のより優れた検知を可能にするため、コード化された高調波56.PL.{1、2、3}と共に散乱する。より望ましくは、ノイズトラッキング高調波のセットは、電動スピンドル42の一つ以上の既定の（あるいは理想的）速度において、一つ以上の周期雑音源（例えば29）の予想される周波数と実質的に対応する。望ましくは、周期雑音源29が倍音高調波を含む（例えば、周期雑音源が奇数次倍音高調波を有する四角波である）場合、56.PL.{1、2、3}を提供するエンコーディング放射フィルターのセットは、基本波、および位相固定周期雑音源29の一つ以上の著しい倍音を除外するように設計される。
【０２６３】
起動時、およびその後必要に応じて何時でも、雑音サーチアルゴリズム28.utl(NSA)は、電動スピンドル42の速度を（例えば、28.utl(MCA)に指示を送ることにより）体系的に変化させ、また28.decは一つ以上のノイズトラッキング高調波の復号された振幅を最大限にするスピンドルモーター速度が設立されるまで、ノイズトラッキング高調波の振幅および位相を復号する。コンピュータ28は次に、主要なノイズトラッキング高調波の位相を安定させる、または固定するために、28.dacを通して電動スピンドル42の速度を制御する28.utl(MCA)にコントロールシグナルを出力する、雑音位相固定アルゴリズム（例えば位相固定ループ）28.utl(NPL)への入力として、主要なノイズトラッキング高調波の振幅および位相を使用する。このように、周期雑音源29は変調器22の回転に対して位相固定され、そのためコード化された成分56.PL.{1、2、3}に実質的に直角とされる。
【０２６４】
位相固定雑音排除アナライザーの一つの実施例において、電動スピンドル42の速度は、閉ループサンプル採取システムの一つ以上の空気ポンプと同期化される。このように、空気ポンプにより駆動される密度振動に起因する副作用を最小化、補正、あるいは分析することができる。
パターン同心アナライザー
【０２６５】
アナライザー100の組立の中で最も重大な仕事の一つが、電動スピンドル42上への変調器22の取り付けである。アナライザーが適切に作動するため、変調器22上のパターン21は回転軸40と実質的に同心でなくてはならない。変調器のパターン21が回転軸40と同心でない場合、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴い、放射フィルターの環状領域が放射軸に沿って前後に揺れるため、放射成分の選択は望ましくない二次的な変調に直面する。
【０２６６】
アナライザー100の別の実施例において、パターン同心アナライザーは、回転軸40に対する変調器22上のパターン21の同心アラインメント（同心度）を測定する。パターン同心アナライザーにおいて、プレ・エンコーダ光学部品36Aは、少なくとも一つのアラインメント放射成分（例えば、He-Neレーザービームの画像）の対象画像をエンコーディング軸に沿ったエンコーディング面上に形成する。変調器22はエンコーディング面上に位置し、変調器22が回転軸40の周りを回転するのに伴い、コード化されたアラインメントビームを提供するための少なくとも一つの相補的フィルターペアを含む。望ましくは、アラインメントフィルターを含む放射フィルターは、実質的に互いに隣接し合っている。より望ましくは、アラインメントフィルターペアの放射幅は、実質的にアラインメント対象画像の幅と等しい。最も望ましくは、アラインメント成分の画像（アラインメント対象画像）の幅は、回転軸40に対する変調器のパターン21の中心の、予想される最大のずれの2倍大きい。
【０２６７】
図PCAは、回転軸40に対する変調器のパターン21PCの同心アラインメントを測定するパターン同心アナライザーの概略図である。放射源24.PCは、パターン21PCの同心度を調べるための少なくとも一つの放射成分を提供する。プレ・エンコーダ光学部品36Aは放射源24.PCから放射を収集し、対象画像52.PCを変調器22PCの表面に形成する。図PCBに示されるように、アプリケーション特異的放射フィルターおよびフィルターペア（図示されていない）に加えて、変調器22PCは変調器22PCが回転軸40の周りを回転するのに伴い、対象画像52.PCをコード化するための（50.PC.1および50.PC.2を含む）相補的放射フィルターペア55.PCを含む。図PCAに示されるように、コード化されたビーム56.PCはポスト・エンコーダ光学部品36Bによって収集され、検出器26.PC上に送られる。望ましくは、放射源24.PCは光学部品36Aおよび36Bを不要とするのに充分なほど平行である。コンピュータ28は、回転軸40に対する変調器のパターン21PCの同心度を決定するため、コード化されたアラインメントビーム56.PCに反応して検出器26.PCから発生したシグナルを分析する。
【０２６８】
図PCBは、変調器のパターン21PC.0の中心と回転軸40の違いを表している。回転軸40に対するパターンの中心21PC.0のベクトルの変位は、同心エラーとして定義される。変調器のパターン21PCは、同心エラーがゼロになる限界において回転軸40に対し同心であると言われる。
【０２６９】
以下に続く論議について、理想的な境界半径RPCを、変調器のパターンが回転軸40について同心である場合の50.PC1と50.PC2の間の境界の放射位置であると定義する。望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36Aは、理想的境界半径RPCでアラインメント対象画像52.PCをエンコーディング面に実質的に位置付けする。
【０２７０】
図PCAに示されるように、放射源24.PC、プレ・エンコーダ光学部品36A、ポスト・エンコーダ光学部品36B、および検出器26.PCは、変換ステージ35.PC.1上に取り付けられ、理想的境界半径RPCでアラインメント対象画像52.PCを変調器22PCの表面に正確に位置付けするため、電動スピンドル42の放射軸に実質的に平行に配置されている。
【０２７１】
コンピュータ28は、コード化されたアラインメント成分56.PCの振幅および位相を回転角の関数として分析する、パターン同心アルゴリズム28.utl(PCA)を含み、回転軸40に対する変調器のパターン21PCの中心ベクターの変位を決定する。例えば、アラインメント成分が理想的境界半径で中心に置かれている場合、コード化されたアラインメント成分56.PCの振幅は、変調器のパターン21PCが回転軸40に対し同心であるときゼロになる。パターン21PCが回転軸40に対し同心でない場合、位相の変化の兆候およびコード化されたアラインメント成分のゼロ交差振幅の角度位置は、回転軸40に対する変調器のパターン21PCの中心ベクトルの変位を決定するのに必要なすべての情報を提供する。ベクトル変位のマグニチュードが、アラインメント成分の画像の幅の半分以下である場合、ベクトル変位のマグニチュードは、コード化されたアラインメント成分の最大振幅と実質的に比例する。
【０２７２】
望ましくは、パターン・スピンドル同心のパターン同心アナライザーは、変調器を所定の位置に移動する差動装置メカニズム35.PC.2と組み合わされる。図PCAに示されるように、コンピュータ28はハードウェアドライバーから差動装置メカニズム35.PC.2までのコントロールシグナルを含む。差動装置メカニズム35.PC.2は、変調器22PCを放射軸に沿って移動させるコンタクトプローブ35.PC.2.1を含む。コンピュータ28は、コード化されたアラインメント成分56.PCの角度依存性に反応してコンタクトプローブを動かす。このプロセスは、コード化されたアラインメント成分56.PCの振幅が、実質的に変調器22PCの回転角度と無関係になる、望ましくはゼロになるまで続く。音声または光シグナルを制御して、変調器のパターン21PCが実質的な同心アラインメントに手動で位置付けされる（例えば打ち付けられる）際に、技師にフィードバックを提供するために、差動装置メカニズム35.PC.2の代わりに28.utl(PCA)を使用することができる。
【０２７３】
望ましくは、パターン・スピンドル同心のパターン同心アナライザーは、（例えば、UV硬化エポキシおよびトリガーフラッシュランプを使用して）変調器22を電動スピンドル42に固定するメカニズムと組み合わされる。図PCAに示されるように、電動スピンドルはUV硬化のエポキシで覆われたエポキシの台座42.2を含む。変調器ディスク22PCは、エポキシの台座42.2の上部に置かれ、アラインメントプロセスが開始する。一旦変調器のパターン21PCが回転軸40について実質的に同心になると（例えば、同心エラーが電動スピンドル42の半径方向の揺れと同様であると）、エポキシを硬化し変調器22PCを電動スピンドル42上に固定するため、UVランプが起動される。
【０２７４】
望ましくは、電動スピンドル42および変調器22PCをパターン同心アナライザーから除去し、アナライザー100の他の実施例に導入することができる。このように、放射源24.PC、プレ・エンコーダ光学部品36A.PC、ポスト・エンコーダ光学部品36B.PC、検出器26.PC、コンピュータ28およびメカニズム35.PC.1および35.PC.2は、組立ツール（例えばセンタリングステーション）を含む。
例
【０２７５】
本発明について、特記がない限り、図1のアナライザー100を参照にした以下の例を使用してより詳しく説明する。引例を簡易化するため、特定の素子の例や、図1Aあるいはここに出てくる他の図中のシステムの例の中で、以下に説明される実施例には、図1Aあるいはここに出てくる他の図中の素子の番号の後に、小数点、そして数字あるいは文字が続くような合成記号が使用される。例えば、100.1とはアナライザー100の実施例の以下の用例中における番号であり、この実施例はアナライザー100の別の実施例100.2とは異なるものである。実施例に一つ以上の成分が含まれている場合、合成記号には、図1Aあるいはここに出てくる他の図中の素子の番号と、それに続く小数点、素子の実施例を示す最初の番号または文字、次に別の小数点、そして当該実施例の特定の成分を示す二番目の番号が含まれる。例えば用例1の36B.1.1および36B.1.2は、図1Aあるいはここに出てくる他の図中のポスト・エンコーダ光学部品36Bの実施例の、それぞれ順に一番目および二番目の成分を示している。これらの合成記号は図を簡略化するため、図1Aあるいはここに出てくる他の図中には記されていない。用例によって導入される付加成分には、独自の記号が与えられる。
【０２７６】
これらの用例は、本発明の具象化を目的としたもので、発明の範囲の限定を意図するものではない。以下に説明されるすべての用例において、各変調関数が滑らかな関数であるか、あるいは空間放射変調器が回転軸40の周りを回転するのに伴い、三段階以上の実質的に異なったコントラストレベルを有する、滑らかな関数のデジタル化されたレプリカであることが望まれる。最も望ましくは、変調関数は、式sin2(mθ+pπ/4)で表されるものである。
例1
【０２７７】
図1Aに描かれた多機能アナライザー100の一番目の例、アナライザー100.1は、気体および気相が容器に閉じ込められていない、図1Aの38における気体および気相のような、一つ以上の細長い開放経路中の放射吸収性の気体および気相を測定するのに使用される、強度が高く平行ビームを備えた多重スペクトル成分のコード化された放射源である。細長い開放経路の例には、大気、マイクロ波トランシーバー間の制限空域、建物またはハイウェーの陸橋間、戦場での遠隔にある物体間、および軍事基地または産業施設の周辺に沿った視野方向が含まれる。放射源24.1は、複数の選択されたスペクトル成分（例えば二酸化炭素レーザー）を有する平行放射ビームである。プレ・エンコーダ光学部品36A.1には、選択されたスペクトル成分を分離して変調器22.1の放射軸に沿って対象画像52.1を形成するための、少なくとも一つの回折性または屈折性の素子が含まれる。望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A.1は、選択された成分の強度の前提条件を調整するあるいは提示するための可変減衰器を含む。対象画像52.1は、一つ以上の変調器22.1の放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束された選択されたスペクトル成分を含む分散画像である。変調器22.1は選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含んでおり、変調器22.1が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化されたスペクトル成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、対象画像52.1は、コード化された成分が選択されたスペクトル成分と一対一の対応をするように、放射フィルターと並行配列される。望ましくは、最初のポスト・エンコーダ光学部品36B.1.1は、コード化された成分（例えば、少なくとも一つの格子ペア、プリズムペア、またはプリズムと格子の組み合わせを含む、36A.1および36B.1.1）を実質的に再平行化する、少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含む。このように、コード化されたビームを細長い開放経路上で、遠隔の反射器あるいは発散反射率または正反射率を提供する様々な対象物質まで伝搬し、また検出器26.1に送り返すことができる。遠隔の反射器の例として、逆反射体、単純ミラー、サテライト、あるいは発散反射率または正反射率を提供する様々な対象物質が挙げられる。二番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.1.2（図1Aには示されていない）は、コード化された放射ビームを収集し、それを検出器26.1に送り返す。コンピュータ28.1はコード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビームに反応して検出器26.1により発生されたシグナルを分析する。このように、アナライザー100.1と遠隔の反射器の間の開放経路のスペクトル透過特性を、例えば化学兵器および生化学兵器を含む可燃性または毒性の化学物質の検出のため、細長い開放経路の化学成分の分析を提供するケモメトリック分析への入力として使用することができる。
【０２７８】
アナライザー100.1の関連実施例において、コード化されたビームは長距離に渡り、図1Aにおいて点線で示される少なくとも一つの遠隔の検出器RD26.1（検出器26.1と同様ではあるが、遠隔地に位置する）まで伝搬される。図1Aを簡易化するため、コード化されたビームを遠隔の検出器RD26に伝送する光学部品は図示されていない。望ましくは、コード化されたビームに反応してRD26により発生されたシグナルは、コード化された成分の振幅を決定するコンピュータ28.1による分析のため、アナライザー100.1に送り返される（図示されていない）。より望ましくは、遠隔の検出器RD26は、遠隔レシーバーを含むために遠隔のコンピュータRC28により補強され、またタイミングシグナルおよびアラインメントシグナルが検出シグナルがRC28によって遠隔地で分析されるように、（例えば、マイクロ波シグナル、光ファイバー、または一つ以上の追加的なコード化されたレーザービームを通して）遠隔レシーバーに送り出される。最も望ましくは、コード化されたビームはビームスプリッタにより分割され、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルに沿って多数の遠隔レシーバーに分配される。このように、多数の異なったサンプル経路（例えば、格子、境界線、仰角、および・または展開パターンなど）において、スペクトル分析を実質的に同時に行うため、検出シグナルを各遠隔地点で分析することができる
【０２７９】
アナライザー100.1の別の実施例において、平行なコード化されたビームが、光ファイバー、導波路、光導体または排気管（あるいは真空管）中で起動され、コード化されたビームの無制御の経路が遠隔サンプル採取ステーションの外部に実質的に限定されるように、一つ以上の遠隔サンプル採取ステーションに分配される。望ましくは、各遠隔サンプル採取ステーションは、少なくとも一つの遠隔検出器RD26.1および検出器により発生されたシグナル、およびタイミングシグナル、アラインメントシグナルを分析する、（コンピュータ28と同じ復号の機能性を備えた）遠隔コンピュータRC28forを備えている。このように、遠隔地で収集されたデータを、適切に分析することができる。
【０２８０】
望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A.1およびポスト・エンコーダ光学部品36B.1.1は、互いから空間的に分離（例えば、獲得媒体中での空間変動、またはレーザーのミラーの一部とダイクロイックミラーのパターン化された配列との置き換え）された、選択された成分を提供するように放射源24.1を設計することによって、実質的に簡易化される。より望ましくは、放射源24.1は、変調器22.1上の放射フィルターおよびフィルターペアのパターンと実質的に一致する空間的位置で、選択された成分を提供するように設計されている。
【０２８１】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を、対象画像52.1が変調器22.1上に配列されるように制御することができる。望ましくは、変調器22.1は、放射源24.1の一つ以上のアラインメント成分をコード化する一つ以上のアラインメント放射フィルターまたはフィルターペアを含んでいる。このアラインメント成分は、アラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).1に入力を提供し、続いて、対象画像52.1を変調器22.1上に適切に配列するために、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例2
【０２８２】
図1Aに描かれた多機能アナライザー100の二番目の例、アナライザー100.2は、帯域通過フィルターの集合または線状可変フィルター（LVF）を使用して複数の選択された放射成分を提供する、小型スペクトルアナライザーである。アナライザー100.2において、放射源は、直線配列の二つ以上の帯域通過フィルター（あるいは直線配列の二つ以上の相関放射分析フィルター、例えば物理的な、期待または液体サンプルの集合）または、線状可変フィルター（LVF）によってフィルターされたブロードバンドまたは多重波長放射源を含む。放射源および帯域通過フィルターの集合またはLVLFは、まとまって、個々の帯域通過フィルター、またはLVFに沿った特定の位置を経て透過した（または反射された）放射に対応する、多数の空間成分を有する広域放射源24.2を含む。帯域通過フィルターまたはLVFの入れるによりフィルターされた放射はプレ・エンコーダ光学部品36A.2によって画像化され、対象画像52.2を変調器22.2の放射軸に実質的に沿って形成する。対象画像52.2は、異なった帯域通過フィルターの集合あるいは変調器22.2の当該放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束されたLVFの選択された部分を経て透過した（あるいは反射された）放射のサブ画像を含む。変調器22.2は、異なった半径上に、変調器22.2が回転軸40の周りを回転するのに伴い、コード化されたビームを提供するために空間成分をコード化する多数の放射フィルターを有する。望ましくは、コード化された成分が個々の帯域通過フィルターまたはLVFに沿った特定の位置を経て透過した放射と実質的に一対一の対応をするように、空間成分は放射フィルターと並行配列される。コード化されたビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36Bにより、検出器26上に収集、方向付けまた集束される。コンピュータ28が次に、コード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビームに反応して検出器26によって生成されたシグナルを分析する。サンプルまたはサンプルセル（例えば、図1Aにおいて破線の箱で示されているサンプル38）は放射源24.2と検出器26の間に挿入される。この方法で、サンプルのスペクトル特性を測定することができる。
【０２８３】
上述のアナライザー100.2の、図9Aに関して、帯域通過フィルターの集合またはLVF（および・またはその他の光学素子）の位置を、対象画像52.2が変調器22.2上に配列されるように制御することができる。望ましくは、広域放射源24.2は、多数のアラインメント空間成分（例えば、個々の帯域通過フィルターまたはLVFの選択された部分の間の境界線をあいまいにする、非透過性マスク）を含み、また変調器22.2は、アラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).2に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、対象画像52.2を変調器22.2上に適切に配列するために、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例3
【０２８４】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の三番目の例、アナライザー100.3は、多くの調節可能な放射源の中心波長を同時に制御するためのフィードバックを分析かつ提供するために使用されるスペクトルアナライザーである。放射源24.3は複数のスペクトル成分を含み、このとき、各スペクトル成分は、別々の放射源に対応し、強度および中心波長により特徴付けられている。例えば、放射源24.3は、複数のシグナルを含む光ファイバーであり、このとき各シグナルは異なった放射源に対応している。放射源24.3により放射された放射は、プレ・エンコーダ光学部品36A.3により画像化され、対象画像52.3を変調器22.3上に形成する。対象画像52.3は、変調器22.3の放射軸に沿った実質的に異なった地点に集束された複数のサブ画像を含み、このとき、各サブ画像は、別々の放射源に対応している。プレ・エンコーダ光学部品36A.3は、別々の放射源のどの一つの中心波長が変化しても、対応するサブ画像が変調器22.3の放射軸に実質的に沿って動く原因となるような、少なくとも一つの回折性素子を含む。変調器22.3は、スペクトル成分をコード化する異なった半径上に（図7の変調器22Dの55.1に類似した）多数の放射フィルターペアを有し、変調器22.3が回転軸40.3の周りを回転するのに伴ってコード化されたビームを提供する。放射フィルターペアはそれぞれ、コード化された成分の振幅および位相が二つのフィルターに入射する放射の相対的比率により決定されるように、相補的あるいは位相のずれた変調関数を有する放射フィルターを含む。コード化されたビームはポスト・エンコーダ光学部品36B.3によって検出器26.3上に収集、方向付け、および集束され、また、コンピュータ28.3がコード化されたビームに反応して検出器により発生されたシグナルを分析する。コンピュータ28.3は、コード化されたビームに反応して検出器26.3により発生されたシグナルからのコード化された成分の振幅および位相を算出する。望ましくは、コンピュータ28.3は、放射源を調整するために検出器26.3によって発生されたシグナルに反応して別々の放射源の中心波長を調節するための、多数の別々のコントロールシグナルを発生する。望ましくは、各ペアを含む放射フィルターは互いに実質的に隣接しており、また隣接する放射フィルター間の境界線は、対応する調節可能な放射源の、想定されるまたは希望の中心波長のための、対応するサブ画像の放射位置と相当する半径上に実質的に位置する。このように、放射源の中心波長が、想定されるまたは希望の中心波長に合わせて調節されたとき、コード化された成分の振幅はゼロ（あるいは無効）になる。所定の調節可能な放射源の、望ましい配置からのいかなる変位も、複合化されたシグナルのサインおよび振幅がそれぞれ中心波長の変位の方向およびマグニチュードを表すような（対応する変調チャンネルにおける）シグナルの原因となる。当該の方法において、復号されたシグナルを、最適な構成における調節可能な放射源を維持するためのフィードバックメカニズムとして使用することができる。従って、温度やその他の環境の変化が中心波長のドリフトの原因となる場合、復号されたシグナルは、安定し一定の中心波長を維持するため、温度または放射源の電流を変えるなどして調節可能な放射源の調整をす���ために使用される。
【０２８５】
上述のアナライザー100.3の、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を、対象画像52.3が変調器22.3上に配列されるように制御することができる。望ましくは、放射源24.3は多数のアラインメントスペクトル成分（例えば、参照レーザーあるいは多数の気体または不純物のスペクトルの一連）を含み、変調器22.3はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA)に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、対象画像52.3を変調器22.3上に適切に配列するために、一つ以上の光学素子の位置づけをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
【０２８６】
望ましくは、別々の放射源の強度は時折測定される。このため、28.utl(ACA).3が使用され、対象画像52.3を放射軸に沿ってその規定位置から離調された位置まで移動させるために、一つ以上の光学素子を配置し直す一つ以上のコントロールシグナルが発生される。これは続いて、個々の放射源に対応するサブ画像を放射軸に沿って集合的に移動させる。コンピュータ28.3は次に、別々の放射源の強度を決定するため、対象画像52.3の規定に位置から得られた復号された振幅を対象画像52.3の離調された位置から得られた復号された振幅と比較する。より望ましくは、中心波長と総合強度の両方（スペクトル強度分布）または各コード化された放射成分を、対象画像52.3の位置を離調することなく測定することを可能にするため、図8の変調器22Eに示されている{55.3、50.22}および{55.4、50.23}と同様のパターン配列が使用される。
例4
【０２８７】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の四番目の例、アナライザー100.4は、PMTの速度および検出感度を備えた蛍光イメージングアナライザーである。放射源24.4は、異なった蛍光サンプルの集合からの発光を含む広域放射源である。例えば、マルチレーン電気泳動のレーンまたは蛍光標識アッセイのサンプル。放射源24.4により放射された放射は、プレ・エンコーダ光学部品36A.4により画像化され、対象画像52.4（拡大画像）を変調器22.4の放射軸に実質的に沿って形成する。対象画像52.4は、変調器22.4の放射軸に沿った、実質的に異なったポイントに集束された異なった蛍光サンプルの集合のサブ画像を含む。変調器22.4は、蛍光サンプルにより放射された放射をコード化する多数の放射フィルターを含み、変調器22.4が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化された空間成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、対象画像52.4は、コード化された成分が異なった蛍光サンプルとの実質的に一対一の対応を有するように、放射フィルターと並行配列される。言い換えると、プレ・エンコーダ光学部品36A.4は、変調器22.4上の対象画像52.4の対応するサブ画像に、異なった蛍光サンプルをそれぞれ画像化する。このとき、サブ画像は望ましくは変調器上で重なり合わない。サブ画像は、望ましくは、対応するサブ画像からの各コード化されたスペクトル成分（あるいは帯域幅内のコード化されたスペクトル成分のグループ）が異なった蛍光サンプルのうち一つのみと対応するように、変調器22.4の放射軸に沿って分散している。
【０２８８】
コード化されたビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36B.4により検出器26.4上に収集、方向付け、また集束され、光電子増倍管（PMT）およびコード化されたビームに反応してPMTにより発生されたシグナルは、コード化された成分の振幅を決定するため、コンピュータ28.4によって分析される。望ましくは、異なった蛍光サンプルのスペクトル特性は、分光計あるいは他の波長フィルター装置を、ポスト・エンコーダ光学部品36B.4とPMTの間に挿入し、またPMTまで透過した放射の波長をスキャンまたは変化させることによって測定される。より望ましくは、コード化されたビームの多くの選択されたスペクトル成分を同数のPMTに送るために、分光器あるいは他の波長分離装置が使用される。最も望ましくは、コンピュータ28.4は、コード化されたビームに反応してPMTにより発生されたシグナルが実質的に同時に分析されるために充分な数のアナログ‐デジタル変換器（ADC）を含む。このように、蛍光サンプルの集合のスペクトル特性を、PMTの速度および検出感度と実質的に同時に測定することができる。
【０２８９】
必要であれば、異なった蛍光サンプルの励起特性（例えば励起スペクトラム）を実質的に同時に決定するために、アナライザー100.4を300のインターレース励起メカニズム（図10で説明される）と結合させることができる。
【０２９０】
所定のサンプルの視野は（対応するサンプル平面における、放射源24.4の一部を含んだ）サンプルから始まり、対応する放射フィルターの活性範囲から反射され、検出器26.4に到達するすべての光線トレースの重ね合わせによって管理される。その結果、変調器22.4が回転するのに伴い、活性範囲内の放射フィルターのパターンが変化すると視野が変化する。均一でないサンプルまたは境界が急なサンプルについて、視野の回転依存的変化はコード化された応答成分の波形のゆがみの原因となり得る。本発明において、放射フィルターのパターン中の一つ以上の軸に沿った突然の途切れの数を減らすことにより、これらの影響を最小化することができる。望ましくは、変調器22.4の放射フィルターは、上述の「バーコード」あるいは「碁盤の目」のようなパターンを含み、一つ以上のコード化された成分に、同一変面上の一つ以上の軸に沿った実質的に一定した視野を提供する。
【０２９１】
上述のアナライザー100.4の、図9Aに関して、画像化された蛍光発光の位置を一つ以上の光学素子を動かすことによって制御し、対象画像52.4を変調器22.4上に配列することができる。望ましくは、放射源24.4は多くのアラインメント空間成分（例えば、24.4内の既知の空間位置に分散された、多数の既知の蛍光種）を含み、変調器22.4はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).4に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、対象画像52.4を変調器22上に配列するため、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。より望ましくは、アラインメント空間成分はまた、波長フィルター装置または波長分離装置を較正する既知のスペクトル発光特性を有する。
例5
【０２９２】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の五番目の例、アナライザー100.5は、複数の選択されたスペクトル成分を有する分散画像、および一つ以上の帯域通過フィルターおよび・または2色性のビームスプリッタを透過した、または反射された放射を含む拡張画像の両方をコード化するスペクトルアナライザーである。この方法は、アナライザーを通る放射経路がスペクトル測定の精度に予測のできない影響を及ぼす干渉気体および気相（あるいは液体）を含んでいるような状態において有用である。このような場合、干渉の影響を受けやすいスペクトル成分のための、アナライザーを通る光学経路を最小化することが望ましい。二酸化炭素（CO2）は周知の一例である。CO2スペクトル領域中で、高度の透過精度が望まれるアプリケーションにおいて使用される分散機器は、機器の制限を受けていない経路、即ち、サンプルまたはサンプルセルを含んでいない光学経路の窒素パージを通常含む。アナライザー100.5はこの方法に代替案を提示する。
【０２９３】
アナライザー100.5において、放射源は、二つの別々のスペクトル領域SR1およびSR2中に複数の選択されたスペクトル成分を有するブロードバンドまたは多重波長の放射源である。SR1は、制限されていない経路において干渉の影響を受けやすいスペクトル成分を含む。望ましくは、アナライザー100.5は、SR1中の放射をフィルターするダイクロイックミラー、および一つ以上の帯域通過フィルター、または線状可変フィルター（LVF）を含む。放射源、ダイクロイックミラー、およびLVFの帯域通過フィルターの集合は、まとまって個々の帯域通過フィルター、またはLVFに沿った位置を経て透過した（または反射された）放射に対応する、多数の空間成分を有する放射源24.5を含む。干渉の影響を受けやすくないSR2中の放射は、放射源24.5.2に特定される。プレ・エンコーダ光学部品36A.5は、24.5.1および24.5.2をそれぞれ単独に変調器22.5上に画像化するための、サブ光学部品36A.5.1および36A.5.2を含む。サブ光学部品36A.5.1は変調器22.5の一番目の放射軸に実質的に沿って一番目の対象画像52.5.1を形成し、回折性または屈折性の素子を含むサブ光学部品36A.5.2は変調器22.5の二番目の放射軸に実質的に沿って二番目の対象画像52.5.2を形成する。対象画像52.5.1は、変調器22.5の一番目の放射軸に沿った、実質的に異なるポイントに集束された24.5.1の選択されたスペクトル成分を含む。分散画像である対象画像52.5.2は、変調器22.5の二番目の放射軸に沿った、実質的に異なるポイントに集束された24.5.2の選択されたスペクトル成分を含む。
【０２９４】
変調器22.5は、異なった半径上に24.5.1および24.5.2の放射成分をコード化する多数の放射フィルターを有し、変調器22.5が回転軸40の周りを回転するのに伴い、二つのコード化されたビーム（順に56.5.1および56.5.2）を提供する。望ましくは、56.5.1のコード化された成分が24.5.1の選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.5.1は放射フィルターと並行配列される。望ましくは、56.5.2のコード化された成分が24.5.2の選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.5.1は、放射フィルターと並行配列される。ポスト・エンコーダ光学部品36B.5は56.5.1および56.5.2をそれぞれ操作するサブ光学部品36B.5.1および36B.5.2を含む。56.5.1は36B.5.1により一番目の検出器26.5.1上に収集、方向付け、および集束され、56.5.2は36B.5.2により二番目の検出器26.5.2上に収集、方向付け、および集束される。望ましくは、コンピュータ28.5は、検出器26.5.1および26.5.2からのシグナルをサンプル採取する二つのADCを含む。コンピュータ28.5は次に、両方のスペクトル領域中のコード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビーム56.5.1および56.5.2にそれぞれ反応して検出器26.5.1および26.5.2により発生されたシグナルを分析する。サンプルまたはサンプルセル（例えば、図1Aに破線の箱で示されている、サンプル38）を、スペクトル分析のため、放射源とダイクロイックミラーの間に挿入することができる。即ち、サンプルは放射源24.5の範囲内にある。望ましくは、SR1のスペクトル成分の制限されていない経路の合計は、干渉を最小化するためできる限り小さくされる。このように、サンプルのスペクトル特性を干渉気体または干渉気相の存在下で測定することができる。
例6
【０２９５】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の六番目の例、アナライザー100.6は、サンプル分析用のコード化された多重スペクトル成分の放射源を提供するために個別放射源の集合を使用した、小型スペクトルアナライザーである。個別放射源の例には、レーザーダイオード、発光ダイオード、またはランプとフィルターの組み合わせが含まれる。望ましくは、放射源24.6は個別放射源の直線配列を含む。放射源の配列から放射された放射は画像化され、対象画像52.6を変調器22.6の放射軸に実質的に沿って形成する。望ましくは、対象画像52.6がプレ・エンコーダ光学部品36Aを必要とせずに形成されるよう、放射源の配列は変調器22.6の半径の近くに、半径に沿って位置付けられる。対象画像52.6は、空間成分、変調器22.6の当該放射軸に沿った実質的に異なった地点に集束（あるいは中心付け）された個々の放射源から放射された放射のサブ画像を含む。変調器22.6は空間成分をコード化するための異なった半径上に多数の放射フィルターを有し、変調器22.6が回転軸40.6の周りを回転するのに伴い、コード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が個々の放射源によって放射された放射と実質的に一対一の対応を有するように、空間成分は放射フィルターと並行配列される。コード化されたビームはポスト・エンコーダ光学部品36B.6により検出器26.6上に、収集、方向付け、および集束される。コンピュータ28.6は次に、コード化された成分の振幅を決定するために、コード化されたビームに反応して検出器26.6により発生されたシグナルを分析する。サンプルまたはサンプルセルを放射源24.6と検出器26.6の間に挿入することができる。この方法で、サンプルのスペクトル特性を測定することができる。
【０２９６】
上述のアナライザー100.6の、図9Aに関して、個別放射源および・またはその他の光学素子の位置を、対象画像52.6が変調器22.6上に配列されるように制御することができる。望ましくは、放射源24.6は多数のアラインメント空間成分を含み、変調器22.6はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).6に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、対象画像52.6を変調器22.6上に配列するため、一つ以上の光学素子（例えば個々の放射源が取り付けられる配列上の共通の構造）の位置付けをするハードウェアドライバー28.6.drvのための一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例7
【０２９７】
いくつかのアプリケーションにおいて、二つ以上の別々のスペクトル領域における、二つ以上の選択されたスペクトル成分のグループの強度を測定することが必要となる。実用的な理由から、これらのスペクトル領域はしばしば、様々な放射検出器の波長応答特性により識別される。例えば、水銀カドミウムテルル（HgCdTeまたはMCT）は約8から12ミクロンの間の放射に反応し、セレン化鉛（PbSe）検出器は約3から5ミクロンの間の放射に反応し、硫化鉛（PbS）検出器は約1から3ミクロンの間の放射に反応し、ヒ化インジウムガリウム（InGaAs）検出器は約0.7から2.2ミクロンの間の放射に反応し、また光電子増倍管（PMT）は約0.2から0.7ミクロンの間の放射に反応する。所定のアプリケーションにおいて、これらの検出器特異的なスペクトル領域の様々な組み合わせにおける、選択されたスペクトル成分を測定することが必要となる。
【０２９８】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の七番目の例、アナライザー100.7は、二つの別々のスペクトル領域において、選択されたスペクトル成分を同時にコード化する一つ以上の放射フィルターを備えた変調器22.7を使用する、スペクトルアナライザーである。放射源24.7は、二つの別々のスペクトル領域SR1およびSR2における選択されたスペクトル成分を含む。プレ・エンコーダ光学部品36A.7は放射源24.7により放射された放射を収集し、二つの対象画像52.7.1および52.7.2を形成する。一つの実施例において、プレ・エンコーダ光学部品36A.7は二つ以上の別々のグローブ周波数を有する一つ以上の格子を含む。この方法で、多重グローブ周波数格子は同じ光学経路に実質的に沿った二つの別々のスペクトル領域を分散させる（分散画像52.7.1および52.7.2は互いに重なり合う）。対象画像52.7.1はSR1から選択されたスペクトル成分を含み、対象画像52.7.2はSR2から選択されたスペクトル成分を含む。52.7.1の選択されたスペクトル成分は変調器22.7の放射軸に沿った実質的に異なった地点に集束される。同様に、52.7.2の選択されたスペクトル成分は変調器22.7の放射軸に沿った実質的に異なった地点に集束される。必要に応じ、52.7.1および52.7.2が放射軸に沿って分離されるように、あるいは二つの異なった放射軸に沿って投影されるようにプレ・エンコーダ光学部品26Aを設計することができる。当該およびその他の変形例は、本発明の範囲内にある。変調器22.7は、スペクトル成分をコード化するための異なった半径上に多くの放射フィルターを有し、変調器22.7が回転軸40の周りを回転するのに伴い、二つのコード化された適合ビーム56.7.1および56.7.2を提供する。望ましくは、コード化された成分がSR1およびSR2の選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.7.1および52.7.2は放射フィルターと並行配列される。より望ましくは、変調器22.7は実質的に互いに隣接し合う実質的に直交する多数の放射フィルターを含み、両方のスペクトル領域の放射源24.7を同時に調べるための実質的にギャップのないエンコーディング格子を形成する「整列したような」パターンである。より望ましくは、変調器22.7中の放射フィルターの個々の幅は、コード化されたスペクトル成分に所定のスペクトル領域内の一定の波長帯域幅または一定のエネルギー帯域幅を提供するように設計される。変調器22.7の「整列したような」パターンを使用して、56.7.1および56.7.2はそれぞれ、スペクトル領域SR1およびSR2に実質的に完璧なスペクトルを含む。コード化されたビーム56.7.1および56.7.2は、ポスト・エンコーダ光学部品36B.7により、例えば一つ以上のダイクロイックミラーを使用して、それぞれ検出器26.7.1および26.7.2上に収集、分離、および集束される。望ましくは、検出器26.7.1は選択されたスペクトル成分またはSR1に反応し、また検出器26.7.2は選択されたスペクトル成分またはSR2に反応する。望ましくは、コンピュータ28.7は、検出器26.7.1および26.7.2からの実質的に同時のシグナルのサンプル採取のための二つのADCを有する。コンピュータ28は次に、二つのスペクトル領域で選択されたコード化された成分の振幅を実質的に同時に決定するため、二つのコード化されたビームに反応して二つの検出器により発生されたシグナルを分析する。サンプルまたはサ���プルセルを放射源24.7と変調器22.7の間に挿入することができる。この方法で、二つの別々のスペクトル領域にあるサンプルのスペクトル特性を同時に測定することができる。
【０２９９】
上述の例におけるスペクトル領域は、明瞭を期して選択されたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。
例8
【０３００】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の八番目の例、アナライザー100.8は、放射発光または放射散乱サンプル（例えば、ガス雲、汚染水、汚染表面、汚染土壌）を励起するのに使用される、強度の高い平行ビームを含んだコード化された多重スペクトル成分の放射源である。放射源24.8は、複数の選択された励起成分（例えば、アルゴンイオンまたはその他の多重励起ラインレーザー、あるいは多重の独立した励起源）を有する平行放射ビームである。プレ・エンコーダ光学部品36A.8は、選択されたスペクトル成分を分離する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含み、対象画像52.8を変調器22.8の放射軸に沿って形成する。望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A.8は、選択された成分の強度を前もって設定するあるいはその前提条件を設定する可変減衰器を含む。対象画像52.8は、変調器22.8の一つ以上の放射軸に沿った、実質的に異なる地点に集束された選択されたスペクトル成分を含む分散画像である。変調器22.8は、選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含み、変調器22.8が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化されたスペクトル成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.8は放射フィルターと並行配列される。望ましくは、一番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.8.1は、コード化された成分（例えば、少なくとも一つの格子ペア、プリズムペア、あるいはプリズムと格子の組み合わせをそれぞれに含む36A.8および36B.8.1）を実質的に再平行化する、少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含む。このように、遠隔のサンプル38（例えば、ガス雲または汚染表面）を励起するため、あるいは一つ以上の光学密度の高いサンプル（例えば、汚染表面、汚染水、および汚染土壌）を励起するために、コード化されたビームを離れた場所に伝搬することができる。サンプル38（図1Aに、破線の箱で示されるている）は容器内に限定されていてもいなくてもよい。
【０３０１】
コード化された励起ビームに反応して、サンプル38はコード化された応答放射を放射し、これは二番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.8.2（例えば遠隔サンプル用の望遠鏡、または光学密度の高いサンプルのための顕微鏡など。図1Aには示されていない）によって収集および方向付けされ、検出器26.8に戻る。コンピュータ28.8は、コード化された成分の振幅を決定するため、コード化された応答ビームに反応して検出器26.8により発生されたシグナルを分析する。このように、サンプルの化学成分を決定する、例えば化学兵器または生化学兵器を含む、可燃性あるいは毒性の化学物質を検知するための一つ以上のケモメトリック分析への入力として、サンプルの励起特性を使用することができる。
【０３０２】
アナライザー100.9の別の実施例において、平行なコード化されたビームが、光ファイバー、導波路、光導体または排気管（あるいは真空管）中で起動され、コード化された励起ビームの制御されていない経路が遠隔サンプル採取ステーションの外部に実質的に限定されるように、一つ以上の遠隔サンプル採取ステーションに分配される。遠隔サンプル採取ステーションは、コード化された励起ビームに反応してコード化された応答放射を放射あるいは散乱させる、一つ以上の遠隔サンプルを含む。望ましくは、各遠隔励起ステーションは、少なくとも一つの遠隔検出器RD26およびコード化された応答放射を分析する（コンピュータ28と同じ復号の機能性を備えた）遠隔コンピュータRC28forを含んでいる。望ましくは、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルは、RD26からのシグナルを分析するRD28によって使用されるため、遠隔サンプル採取ステーションに送られる。このように、遠隔地で収集されたデータを適切に分析することができる。
【０３０３】
望ましくは、互いから空間的に分離（例えば、獲得媒体中での空間変動、あるいはレーザーのミラーの一部とダイクロイックミラーのパターン化された配列との置き換え）された、選択された成分を提供するように放射源24.8を設計することにより、プレ・エンコーダ光学部品36A.8およびポスト・エンコーダ光学部品36B.8.1は実質的に簡素化される。より望ましくは、放射源24.8は、変調器22.8上の放射フィルターおよびフィルターペアのパターンと実質的に一致する空間的位置で、選択された成分を提供するように設計される。
【０３０４】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を、対象画像52.8が変調器22.8上に配列されるように制御することができる。望ましくは、変調器22.8は、放射源24.8の一つ以上のアラインメント成分をコード化する一つ以上のアラインメント放射フィルターまたはフィルターペアを含んでいる。このアラインメント成分はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).8に入力を提供し、続いて、対象画像52.8を変調器22.8上に適切に配置するため、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例9
【０３０５】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の九番目の例、アナライザー100.9は、サンプルの集合を励起するためのコード化された励起ビーム（実質的に一定したスポットサイズ、および一つ以上の軸に沿った、実質的に均一な照射を有する各励起ビーム）の配列を提供する一つ以上の放射励起源および結像光学部品（例えば、各励起源に、線画像または複数のサブ画像を提供するように設計された光学部品）を使用した画像アナライザーである。励起源の例には、ガスレーザー、ガラスレーザー、レーザーダイオード、発光ダイオードおよびランプとフィルターの組み合わせが含まれる。サンプル集合の例には、気体または液体サンプルセルの配列、マルチレーン電気泳動、蛍光標識アッセイの井戸またはブロット、均一でない混合物中の領域、および組立工程の医薬品が含まれる。放射励起源24.9により放射された放射はプレ・エンコーダ光学部品36A.9により画像化され、変調器22.9の放射軸に実質的に沿って対象画像52.9を形成する。対象画像52.9は、変調器22.9の当該放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束（または中心付け）された放射源24.9のサブ画像の配列（あるいは、サブ画像の連続である線画像）を含む。変調器22.9はサブ画像をコード化する異なった半径上に多数の放射フィルターを有し、変調器22.9が回転軸40の周りを回転するのに伴って、コード化された励起ビームの配列を提供する。望ましくは、コード化された励起ビームが個々のサブ画像を含む放射との実質的に一対一の対応を有するように、サブ画像は放射フィルターと並行配列される。コード化された励起ビームはポスト・エンコーダ光学部品36B.9.1によってサンプルの集合上に収集、方向付け、および集束される。一つ以上の励起源が使用される場合、サンプルと励起の各組み合わせを独自にコード化するため、アナライザー100.9を（上述の）励起インターレース光学部品と組み合わせることができる。望ましくは、各サンプルが、各励起源から一つずつのコード化された励起ビームにより励起されるように、コード化された励起ビームの配列はサンプル集合と並行配列される。
【０３０６】
励起放射に反応して、当該各サンプルは放射の一つ以上の応答ビームを放射あるいは散乱させる。望ましくは、所定のコード化された応答成分と所定のサンプルと励起の各組み合わせ（各サンプルは各励起源に対し一つのコード化された応答ビームを放射あるいは散乱させる。一つ以上のサンプルを励起するコード化された励起ビームによりもたらされる励起クロストークは回避されなくてはならない）の間に実質的に一対一の対応が存在するように、コード化された励起ビームの配列はサンプルの集合と並行配列される。コード化された応答ビームはポスト・エンコーダ光学部品36B.9.2により検出器26.9上に収集、方向付け、および集束され、光電子増倍管（PMT）およびコード化されたビームに反応してPMTにより発生されたシグナルは、コード化された成分の振幅を決定するためコンピュータ28.9によって分析される。
【０３０７】
望ましくは、異なった蛍光サンプルのスペクトル特性は、分光計またはその他の波長フィルター装置をポスト・エンコーダ光学部品36B.9とPMTの間に挿入し、PMTまで透過した放射の波長をスキャンすることによって測定される。より望ましくは、分光器またはその他の波長分離装置を使用して、コード化されたビームの多数の選択されたスペクトル成分を同数のPMTに方向付ける。最も望ましくは、コンピュータ28.9は、コード化されたビームに反応してPMTにより発生されたシグナルが実質的に同時に分析されるために充分な数のアナログ‐デジタル変換器（ADC）を含む。このように、励起放射の一つ以上の放射源へのサンプル集合の応答のスペクトル特性を、PMTの速度および検出感度により実質的に同時に測定することができる。
【０３０８】
所定のサンプル平面における照明の領域は、放射源24.9から始まり、対応する放射フィルターの活性範囲から反射され、対応するサンプルに到達す、励起放射トレースの重ね合わせによって管理される。その結果、変調器22.9が回転するのに伴い活性範囲内の放射フィルターのパターンが変化すると、（サンプル平面における、サンプル上の）照明の領域が変化する。均一でないサンプルあるいは境界が急なサンプルについて、照明領域の回転依存的変化はコード化された応答成分の波形のゆがみの原因となり得る。本発明において、放射フィルターのパターン中の一つ以上の軸に沿った突然の途切れの数を減らすことにより、これらの影響を最小限化することができる。望ましくは、変調器22.9の少なくとも一つの放射フィルターは、上述の「バーコード」あるいは「碁盤の目」のようなパターンを含み、一つ以上のコード化された励起成分に、サンプル平面上（同一変面上）の一つ以上の軸に沿った実質的に一定した照明領域を提供する。
【０３０９】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、励起サブ画像の配列の位置、コード化された励起ビームの配列の位置、サンプルの集合および・またはその他の光学素子の位置を、対象画像52.9が変調器22上に配列されるように、またコード化された励起ビームがサンプルの集合上に配列されるように制御することができる。望ましくは、放射源24.9は多数のアラインメント空間成分を含み、また変調器22はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).9に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、対象画像52.9を変調器22.2上に配列するため、一つ以上の光学素子（例えば、図17Aに示された35.FPと同様に特定の放射源が取り付けられた、共通の構造）の位置付けをする、一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例10
【０３１０】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の十番目の例、アナライザー100.10は、液体や気体（例えば、飲料水、医薬品、壁、汚染土壌、および手荷物検査コンベヤー上の旅行かばんや荷物）など光学密度の高いサンプルを調べるのに使用される、強度の高い平行ビームを含んだコード化された多重スペクトル成分の放射源である。サンプル38は放射源からのビームがサンプルによって通り抜ける代わりに散乱され、その散乱された放射が検出器に伝送されるのを除いて、図1Aに示された位置のような放射源24.10と検出器26.10の間の光学経路の任意の位置に置かれる。放射源24.10は複数の選択されたスペクトル成分（例えば、二酸化炭素レーザー、アルゴンイオンレーザー、またはその他のマルチラインレーザー）を有する平行な放射ビームである。プレ・エンコーダ光学部品36A.10は、選択されたスペクトル成分を分離する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含み、変調器22.10の放射軸に沿って対象画像52.10を形成する。望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A.10は、選択された成分の強度を前もって設定するあるいはその前提条件を設定する可変減衰器を含む。対象画像52.10は、一つ以上の変調器22.10の放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束された選択されたスペクトル成分を含む分散画像である。変調器22.10は選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含み、変調器22.10が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化されたスペクトル成分を含んだコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.10は放射フィルターと並行配列される。望ましくは、一番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.10.1は、コード化された成分（例えば、それぞれに少なくとも一つの格子ペア、プリズムペア、あるいはプリズムと格子の組み合わせを含む、36A.10および36B.10.1）を実質的に再平行化する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含んでいる。このように、光学密度の高いサンプルを調べるために、コード化されたビームを使用することができる。二番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.10.2は、コード化された放射ビームを収集し、それを検出器26.10に戻るように方向付けする。望ましくは、サンプル（例えば、図1Aに、破線の箱で示されているサンプル38）は、ポスト・エンコーダ光学部品36B.10.1とポスト・エンコーダ光学部品36B.10.2の間に位置する。コンピュータ28.10はコード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビーム56.10に反応して、検出器26.10によって発生されたシグナル27.10を分析する。このように、サンプルの化学成分を決定する、例えば、化学兵器または生化学兵器を含む可燃性あるいは毒性の化学物質を検知するための一つ以上のケモメトリック分析への入力として、光学密度の高いサンプルのスペクトル透過率を使用することができる。
【０３１１】
アナライザー100.10の関連実施例において、コード化されたビームは（検出器26.10と同様ではあるが、遠隔地点に位置する）遠隔検出器RD26まで、長距離を伝搬される。望ましくは、コード化されたビーに反応して検出器26によって発生されたシグナルは、コード化された成分の振幅を決定するコンピュータ28.10による分析のため、アナライザー100.10に送り返される。より望ましくは、遠隔検出器RD26は遠隔コンピュータRC28によって増強されて、遠隔レシーバーを含み、遠隔地の検出シグナルがRC28によって分析されるように、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルが（例えば、マイクロ波シグナル、光ファイバー、あるいは一つ以上の付加的なコード化されたレーザービームを通して）遠隔レシーバーに送られる。最も望ましくは、コード化されたビームがビームスプリッタにより分離され、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルと共に多数の遠隔レシーバーに分配される。このように、各遠隔地点で検出シグナルを分析することができる。
【０３１２】
アナライザー100.10の別の実施例において、平行なコード化されたビームが、光ファイバー、導波路、光導体または排気管（あるいは真空管）中で起動され、コード化されたビームの無制御の経路が遠隔サンプル採取ステーションの外部に実質的に限定されるように、一つ以上の遠隔サンプル採取ステーションに分配される。望ましくは、各遠隔サンプル採取ステーションは、検出器によって発生されたシグナルおよびタイミングシグナルおよびアラインメントシグナルを分析するための、少なくとも一つの遠隔検出器RD26および（コンピュータ28と同じ復号機能を備えた）遠隔コンピュータRC28を含んでいる。このように、遠隔地点で収集されたデータを適切に分析することができる。
【０３１３】
望ましくは、互いから空間的に分離（例えば、獲得媒体中での空間変動、あるいはレーザーのミラーの一部とダイクロイックミラーのパターン化された配列との置き換え）された、選択された成分を提供するように放射源24.10を設計することにより、プレ・エンコーダ光学部品36A.10およびポスト・エンコーダ光学部品36B.10.1を実質的に簡易化することができる。より望ましくは、放射源24.10は変調器22.10上の放射フィルターおよびフィルターペアのパターンと実質的に一致する空間的位置にある選択成分を提供するように設計される。
【０３１４】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を対象画像52.10が変調器22.10上に配列されるように制御することができる。望ましくは、変調器22.10は、放射源24.10の一つ以上のアラインメント成分をコード化する一つ以上のアラインメント放射フィルターまたはフィルターペアを含んでいる。このアラインメント成分はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).10に入力を提供し、続いて、対象画像52.10を変調器22.10上に適切に配列するために、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例11
【０３１５】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の十一番目の例、アナライザー100.11は、液体中に分散した多数の染料標識ビーズからの（異なった、標識された、個別の、特徴のある）様々な蛍光スペクトルを識別および定量化するために放射フィルターおよび放射フィルターペアを使用する、スペクトルアナライザーである。
【０３１６】
アナライザー100.11において、放射源24.11は液体中に分散した多数の染料標識ビーズからの蛍光発光の重ね合わせである。回折性または屈折性素子を含んだプレ・エンコーダ光学部品36A.11は、変調器22.11の放射軸に実質的に沿って分散対象画像52.11を形成する。変調器22.11は、24.11.1の選択された放射成分をコード化するための異なった半径上に多数の放射フィルターを有し、変調器22.11が回転軸40.11の周りを回転するのに伴い、コード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が24.11の選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.11は放射フィルターと並行配列される。ポスト・エンコーダ光学部品36B.11はコード化されたビームを検出器26.11上に収集、方向付け、および集束する。コンピュータ28.11は検出器26.11からのシグナルのサンプル収集用のADCを含む。コンピュータ28.11は次にコード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビームに反応して検出器26.11によって発生されたシグナルを分析する。コンピュータ28.11は続いて一つ以上のケモメトリックアルゴリズムで復号された振幅を使用し、一つ以上の標識染料からの蛍光発光の存在および強度を決定する。このように、一つ以上の標識染料の強度を（例えば、一つ以上の蛍光消光メカニズムを有効あるいは無効にすることにより）変更する一つ以上の化学物質（または生化学物質）の存在および濃度を決定することができる。
【０３１７】
望ましくは、変調器のパターン21.11は、コンピュータ28.11を有効にする一つ以上の相補的フィルターペアを含み、一つ以上の波長の一番目の導関数を基盤にした関数を使用したケモメトリックアルゴリズムを使用して、類似の蛍光スペクトルを有する二つ以上の標識染料からの蛍光発光を、たとえ類似の蛍光スペクトルを有しているとしても、異なった標識染料ごとに異なるペクトルのゼロ交差の決定などの方法により識別する。より望ましくは、変調器のパターン21.11は、同一環状領域（例えば、図8の変調器22Eのパターン類似したパターン）内の環状部分を占める一つ以上の相補的フィルターペアおよび一つ以上のフィルター（あるいはフィルターペアの集合）を含み、類似の蛍光スペクトルを有する二つ以上の標識染料からの蛍光発光を同時に識別および定量化する、コンピュータ28.11を有効にする。
例12
【０３１８】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の十二番目の例、アナライザー100.12は一つ以上の閉鎖された経路内に含まれた気体、気相および微粒子を吸収、散乱または蛍光発光の分析に基づいて識別および定量化するのに使用される、強度の高い平行ビームを含んだコード化された多重スペクトル成分の放射源である。閉鎖された経路の例には、HVAC（冷暖房空調設備）システムの配管、タンクトラックまたは鉄道車両のタンク、ガス（例えば天然ガス）のパイプライン、コンテナ船の船倉、貨物コンテナ、および地下鉄用のトンネルが含まれる。
【０３１９】
放射源24.12は、複数の選択されたスペクトル成分（例えば、二酸化炭素レーザー、アルゴンイオンレーザー、またはその他のマルチラインレーザー）を有する平行な放射ビームである。プレ・エンコーダ光学部品36A.12は選択されたスペクトル成分を分離する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含み、変調器22.12の放射軸に沿って対象画像を形成する。望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36a.12は、選択された成分の強度を前もって設定するあるいはその前提条件を設定する可変減衰器を含む。対象画像52.12は、変調器22.12の当該放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束された選択されたスペクトル成分を含む分散画像である。変調器22.12は選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含み、変調器22.12が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化されたスペクトル成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.12は放射フィルターと並行配列される。望ましくは、一番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.12.1は、コード化された成分（例えば、少なくとも一つの格子ペア、プリズムペア、またはプリズムと格子の組み合わせをそれぞれに含む36A.1および36B.1.1）を実質的に再平行化する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含む。このように、コード化されたビームを遠隔の反射器まで細長い閉鎖経路を通して伝搬し、また検出器26.12に戻ってくるように方向付けることができる。遠隔反射器の例には、逆反射体、単純ミラー、金属製の配管、または拡散反射あるいは正反射を提供する、様々な対象物体が含まれる。二番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.12.2は、コード化された放射ビームを収集し、それを検出器26.12に戻るように方向付ける。コンピュータ28.12は、一つ以上のケモメトリック分析用の入力として後に使用されるコード化された成分の振幅を決定するため、検出器26.12によって発生されたシグナル27.12を復号する。このように、閉鎖経路の化学成分を決定することができる。この情報は次いで、例えば、化学兵器または生化学兵器を含む可燃性あるいは毒性の化学物質など、特定の気体および気相の存在を喚起するために使用される。
【０３２０】
一つの実施例において、コンテナ船のコンテナに内部の空間が調べられるような光学窓を装備することができる。より望ましくは、貨物船倉内に隣り合ってあるいは前後して位置している少なくとも二つのコンテナの内部空間の合計が閉鎖経路に含まれるように、当光学窓の位置が規格化される。より望ましくは、コンテナには規格化された光学窓間の内容積を測るサンプルセル38.12（図1Aにおいて、破線の箱で示されているセル38）が装備されている。さらに望ましくは、サンプルセルは吸収性媒体37.12を備えている。より望ましくは、サンプルセルは加熱装置39.12（図1Aにおいて、破線の箱で示されている装置39）を備え、吸着媒体により閉じ込められた化学物質を脱着する。最も望ましくは、吸収性媒体37.12はレーザーあるいはその他の無線の方法で加熱され、吸着された化学物質を脱着する。この方法で、化学物質や密輸品について、多数のコンテナ内を入港前に効率よく調べることができる。
【０３２１】
アナライザー100.12の関連実施例において、コード化されたビームは、閉鎖経路を通って少なくとも一つの遠隔検出器RD26.12（検出器26と同様ではあるが、遠隔地点に位置する）まで伝搬される。望ましくは、コード化されたビームに反応してRD26によって発生されたシグナルは、コード化された成分の振幅を決定するコンピュータ28.12による分析のためアナライザー100.12に送り返される。より望ましくは、遠隔検出器RD26.12は遠隔コンピュータRC28.12と組み合わされて、遠隔レシーバーを含み、検出器からのからのシグナルをRC28によって遠隔地点で分析できるように、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルが遠隔レシーバーに送られる。最も望ましくは、コード化されたビームはビームスプリッタにより分割され、タイミングシグナルおよびアラインメントシグナルに沿って多数の遠隔レシーバー、例えば、HVAC（冷暖房空調設備）システム、パイプライン網、あるいはコンテナ船の船倉のいたるところに分配される。このように、検出シグナルを各遠隔地点で分析することができ、また例えば、化学兵器または生化学兵器を含む可燃性あるいは毒性の化学物質などの気体、気相および微粒子の存在および濃度について、多数の閉鎖経路を同時に調べることができる。
【０３２２】
望ましくは、互いから空間的に分離（例えば、獲得媒体中での空間変動あるいはレーザーのミラーの一部とダイクロイックミラーのパターン化された配列との置き換え）された、選択された成分を提供するように放射源24.12を設計することにより、プレ・エンコーダ光学部品36A.10およびポスト・エンコーダ光学部品36B.10.1を実質的に簡易化することができる。より望ましくは、放射源24.12は、変調器22.12上の放射フィルターおよびフィルターペアのパターンと実質的に一致する空間的位置で選択された成分を提供するように設計されている。
【０３２３】
放射源24.12が、データ収集率よりと同等あるいはそれ以下の放射繰り返し率を有する場合、復号された振幅のエイリアシングの影響を最小限化するため、変調器22.12の回転を繰り返し率と同期化させることが望ましい。
【０３２４】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を対象画像52.12が変調器22.12上に配列されるように制御することができる。望ましくは、変調器22.12はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).12に入力を提供する、放射源24.12における一つ以上のスペクトル成分をコード化する一つ以上の放射フィルターまたはフィルターペアを含み、続いて、対象画像52.12を変調器22.12上に適切に配列するため、一つ以上の光学素子を位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例13
【０３２５】
図1Aに描かれている多機能アナライザー100の十三番目の例、アナライザー100.13は、熱源39.13（図1Aに、破線の箱で示されている加熱装置39）によって表面（あるいは、図1Aに、破線の箱で示されている37の、吸収性媒体37.13）から脱着された気体および気相を識別および定量化するのに使用される熱源を提供するために、コード化されていない放射ビームと組み合わされた、あるいは熱源により起動された（例えば、レーザー切断光のスペクトル分析）プラズマ内で生成された、平行ビームを有するコード化された多重スペクトル成分の放射源である。脱着された材料は次いで、以下に説明されるように、アナライザー100.13によって調べられるサンプル38.13を形成する。
【０３２６】
放射源24.13は、複数の選択されたスペクトル成分（例えば二酸化炭素レーザー）を有する高エネルギー平行放射ビームである。放射源24.13は平行放射ビームを分離するビームスプリッタ（図1Aには示されていない）を含み、実質的に異なった強度および・または電力を有する二つ以上の放射ビームを提供する。一番目のビーム24.13.1は、スペクトル分析に実質的に適した強度を有する選択されたスペクトル成分を含む。二番目のビーム24.13.2は、サンプルの表面からの化学物質の脱着あるいはプラズマの起動に実質的に適した強度を有する放射を含む。
【０３２７】
プレ・エンコーダ光学部品36A.13は、24.13.1から選択されたスペクトル成分を分離する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含み、変調器22.13の放射軸に沿って対象画像を形成する。対象画像52.13は、変調器22.13の放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束された選択されたスペクトル成分を含む分散画像である。変調器22.13は選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含み、変調器22.13が回転軸40の周りを回転するのに伴い、複数のコード化されたスペクトル成分を含むコード化されたビームを提供する。望ましくは、コード化された成分が選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.13は放射フィルターと並行配列される。望ましくは、一番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.13.1は、コード化された成分（例えば、少なくとも一つの格子ペア、プリズムペア、またはプリズムと格子の組み合わせを含む、36A.13および36B.13.1）を実質的に再平行化する少なくとも一つの回折性または屈折性の素子を含む。放射ビーム24.13.2はサンプル表面に吸着した化学物質を脱着するために使用される。脱着された化学物質は後に（24.13.1から発生する）コード化された放射ビームにより調べられる。二番目のポスト・エンコーダ光学部品36B.13.2はコード化された放射ビームを収集し、検出器26.13に戻るように方向付ける。コンピュータ28.13は一つ以上のケモメトリック分析用の入力として後に使用されるコード化された成分の振幅を決定するため、検出器26.13によって発生されたシグナル27.13を復号する。このように、コンテナの化学成分を決定することができる。この情報は次いで、例えば、化学兵器または生化学兵器を含む可燃性あるいは毒性の化学物質など、特定の気体および気相の存在を喚起するために使用される。
【０３２８】
一つのアプリケーションにおいて、（例えば、コンテナ船、列車、飛行機、またはトラックからの）貨物コンテナに一つ以上の光学窓を通して使用することのできるサンプルセルを装備することができる。当サンプルセルは、固定経路、ミラーおよび吸着媒体を含む。望ましくは、一つ以上の対称化学物質（例えば、化学兵器、密輸品など）が検知のために充分な量だけ吸収される確率を最大限化するため、吸着媒体は航海の最中コンテナの内部の大気にさらされている。放射ビーム24.13.2は吸着媒体を加熱するために使用され、コード化された放射ビーム24.13.1はサンプルセル38.13の内容物を調べるために使用される。望ましくは、爆発の危険を最小化するため、加熱される前に可燃性の気体についてサンプルをスキャンする。このように、毒性の化学物質および密輸品について、多数のコンテナを安全かつ効果的に調べることができる。
【０３２９】
望ましくは、プレ・エンコーダ光学部品36A.13およびポスト・エンコーダ光学部品36B.13.1は、互いから空間的に分離（例えば、獲得媒体中での空間変動またはレーザーのミラーの一部とダイクロイックミラーのパターン化された配列との置き換え）された、選択された成分を提供するように放射源24.13を設計することによって実質的に簡易化される。より望ましくは、放射源24.13は、変調器22.13上の放射フィルターおよびフィルターペアのパターンと実質的に一致する空間的位置で選択された成分を提供するように設計されている。
【０３３０】
上述のアナライザーの、図9Aに関して、一つ以上の光学素子の位置を、対象画像52.13が変調器22.13上に配列されるように制御することができる。望ましくは、変調器22.13は、放射源24.13の一つ以上のアラインメント成分をコード化する、一つ以上のアラインメント放射フィルターまたはフィルターペアを含んでいる。このコード化されたアラインメント成分は、分析されてアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).13に入力を提供し、続いて、対象画像52.13を変調器22.13上に適切に配列するために、一つ以上の光学素子の位置付けをする、一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
例HS.1
【０３３１】
次の例は、上記の図12Aおよび12Bにおいて説明されているハイパースペクトルイメージングアナライザーに基づいている。放射源24.HS.1は励起放射の一つ以上の成分に反応するマルチレーン（あるいはマルチキャピラリー）、四染料標識の電気泳動（放射源24.HS.1の別の例には、多重井戸マイクロタイタープレート、あるいはマルチゲルブロットマイクロアレイが含まれる）である。放射源24.HS.1により放射あるいは散乱された放射は、プレ・エンコーダ光学部品536A.HS.1により画像化され、変調器22.HS.1上に対象画像52.HS.1を形成する。対象画像52.HS.1は、励起電気泳動レーン（またはキャピラリー）に対応するそれぞれの分散軸が、変調器22.HS.1の共通軸に沿って実質的に互いから分離されている（あるいは慎重に組み合わされている）複数の分散サブ画像を含む。望ましくは、アナライザー100.HS.1は、分散サブ画面型がイン干渉するのを防ぎながら核分散サブ画像からの選択されたスペクトル成分を透過する、帯域通過フィルターを含む。変調器22.HS.1は分散サブ画像のコード化のための複数のサブパターンを含む。各サブパターンは、変調器22.HS.1が回転軸40の周りを回転するのに伴って選択されたスペクトル成分をコード化する多数の放射フィルターを含む。望ましくは、選択されたスペクトル成分は電気泳動に使用される四つの染料の、それぞれの濃度を決定するのに充分である。望ましくは、コード化された成分が各レーン（あるいはキャピラリー）のために選択されたスペクトル成分と実質的に一対一の対応をするように、対象画像52.HS.1は変調器22.HS.1と並行配列される。言い換えると、各レーンは対応するコード化された成分を有し、このとき異なったレーンのためにコード化された成分は実質的に互いに直交している。すべてのレーンからのすべてのコード化された成分を含むこのコード化されたビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36B.HS.1により検出器26.HS.1、例えば光電子増倍管（PMT）上に収集、方向付け、および集束される。コンピュータ28は次にコード化された成分の振幅を決定するため、コード化されたビームに反応して検出器26.HS.1によって発生されたシグナルを分析する。異なったレーンに対応するコード化された成分が実質的に互いに直交しているため、検出器26.HS.1の出力からのコード化された成分の振幅を決定することが可能である。アプリケーション特異的分析関数28.asfは次に、復号された振幅を使用して、各レーン（あるいはキャピラリー）の四つの染料のそれぞれの濃度を時間の関数として決定し、対応する四色のエレクトロフェログラムを作り出す。
【０３３２】
必要であれば、異なった電気泳動レーン（またはキャピラリー）の励起特性（例えば励起スペクトル）を決定するために、アナライザー100.HS.1をインターレース励起メカニズム（図10Aで説明される）と組み合わせることができる。四つの染料がそれぞれ独自の励起・応答スペクトル（あるいは行列）を有するのは通例である。このように、選択されたスペクトル成分を四つの染料に対する機器の特異性を増強するため、励起成分の関数として実質的に同時に測定することができる。
【０３３３】
上述のアナライザー100.HS.1の、図9aに関して、個々のレーンまたはキャピラリーから散乱された励起放射は、アラインメント成分として使用されることが望まれる。望ましくは、コード化されたアラインメント成分の振幅が、選択されたスペクトル成分の想定されるコード化された振幅と同様になるよう、帯域通過フィルターはアラインメント成分の強度を弱める。望ましくは、変調器22.HS.1上の各サブパターンは、アラインメント成分の希望のあるいは予想される位置に中心付けられた一つ以上のアラインメントフィルターペアを含み、アラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).HS.1に入力を提供する。望ましくは、28.utl(ACA).HS.1はアラインメントシグナルと（上述の要領で作り出された）一つ以上の較正曲線とを比較し、対象画像52.HS.1中の各分散画像についてのアラインメントエラーを定量化する較正係数を生み出す。アプリケーション特異的分析関数28.asfは次にこの較正係数を使用し、アラインメントエラーに対しコード化された成分を補正する。最も望ましくは、アラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA)は、変調器22.HS.1上に対象画像52.HS.1を適切に配列するため、一つ以上の光学素子の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
【０３３４】
励起成分、電気泳動レーン（またはキャピラリー）の数、および染料の数は例示を目的として選択されたものであり、任意数の励起成分、電気泳動レーン（またはキャピラリー）および染料が、本発明の範囲内にあることが理解されている。
例FP.1
【０３３５】
次の例は、上記の図17Aおよび17Bにおいて説明されているコード化されたフィルター‐光度計アナライザーに基づいている。アナライザー100.FP.1は、一つ以上のブロードバンド放射源および相関セル（さまざまな気体または液体によって満たされた対象および参照セル）の集合の配列を使用し、未知のサンプルを調べるための（対象および参照セルを含む）コード化された相関ビームを提供する。対象ビームの例にはCO、CO2、NOx、N2O、H2O、H2Sおよび天然ガスの成分を含む多様な炭化水によってフィルターされた放射フィルターが含まれる。内在する危険性のため、化学兵器およびその他の毒性の気体および液体によりフィルターされた放射は、対象ビームの実用性の低い例とされる。参照ビームの例にはN2、水、溶媒または真空によりフィルターされた放射が含まれる。サンプルの例には外気、自動車の排気ガス、プロセスの流れ、および天然ガスが含まれる。サンプル、対象ビームおよび参照ビームの、当該およびその他の例は、本発明の範囲内にある。
【０３３６】
アナライザー100.FP.1において、一つ以上のブロードバンド放射源は（例えば、以下の円柱レンズ、レンズ配列、回折性光学部品を含む一つ以上の成分を使用することにより、あるいは一つ以上の相関セルに接合する放射源の配列を使用することにより）対象および参照セルの配列につなげられる。拡張放射源24.FP.1を含む対象および参照セルの配列を経て透過した放射は、プレ・エンコーダ光学部品36A.FP.1により画像化され、変調器22.FP.1の放射軸に実質的に沿って対象画像52.FP.1を形成する。対象画像52.FP.1は、変調器22.FP.1の当該放射軸に沿った、実質的に異なった地点に集束（あるいは中心付け）された放射源24.FP.1の対象および参照セルを経て透過した放射に対応するサブ画像の配列を含む。変調器22.FP.1はサブ画像をコード化するための異なった半径上に多数の放射フィルターを含み、変調器22.FP.1が回転軸40の周りを回転するのに伴い、コード化された相関ビームの配列を提供する。望ましくは、コード化された相関ビームが個々の対象および参照セル（相関セル）を経て透過した放射と実質的に一対一の対応をするように、サブ画像は放射フィルターと並行配列される。
【０３３７】
コード化された相関ビームは、一つ以上のサンプル（例えば、図1Aにおいて破線の箱で示されるサンプル38、プロセスの流れの中のサンプルセル、パイプライン中のサンプルセル、および開放経路の外気測定）を経て、ポスト・エンコーダ光学部品36B.FP.1により収集、方向付けおよび集束される。
【０３３８】
望ましくは、各対象ビームが対応する参照ビームに隣接するように対象および参照セルは図10Aに表される方法で組み合わされ、サンプルセル内に実質的に同一な経路および・または検出器26.FP.1の表面上に実質的に同一の強度分布を有する対象・参照ペアを含む。より望ましくは、結果として得られるコード化された成分の振幅および位相が図17Aおよび17Bに表される方法で対象および参照ビームの相対強度により決定されるように、所定のペアの対象および参照ビームは相補的フィルターペアによりコード化される。最も望ましくは、相補的フィルターペアの相対的変調強度は、サンプルセル内の相関吸収がない（あるいは想定レベル）場合に、結果として得られるコード化された成分を（例えば、対象フィルターに対する参照フィルターの幅あるいは変調度を変化させることによって、減光フィルターを対応する参照ビームの経路に挿入することで）ゼロにするように設計される。このように、アナライザー100.FP.1は最高測光精度の相関放射測定を提供する。
【０３３９】
望ましくは、対象および参照ビームペアのスペクトル領域は、一つ以上のダイクロイックミラーあるいは帯域通過フィルターによって対象化学物質の主要なスペクトル特性を分離するために（望ましくは共に）限定される。このように、当機器のサンプルセル内の一つ以上の対象化学物質に対する検出感度（例えば、サンプルセル内の対象化学物質の、所定の濃度に反応する、コード化された対象・参照ペアの振幅）を増強することができる。
【０３４０】
サンプルセルを経て伝搬された後、コード化された相関ビームは、ポスト・エンコーダ光学部品36B.FP.1.1により検出器26.FP.1上に収集、方向付けおよび集束され、コード化されたビームに反応して26.FP.1によって発生されたシグナルが、コード化された成分の振幅を決定するためコンピュータ28.FP.1によって分析される。コード化された成分の振幅はサンプル中の一つ以上の対象化学物質の存在および濃度を決定するため、アプリケーション特異的アルゴリズム28.FP.1.asf（例えば、相関放射測定アルゴリズム）によって実質的に使用される。一つ以上のサンプルセルを調べる場合は、前述のように（例えば、例9を参照）複数の検出器およびADCを使用することができる。このように、複数のサンプルを実質的に同時に調べることができる。
【０３４１】
システム（サンプルまたは相関セルを含む）を通過する、所定のコード化されたビームの経路は事実上放射源24.FP.1で始まり、変調器22.FP.1上の対応する放射フィルターの活性範囲から反射して検出器26.FP.1に到達するすべての光線トレースからの経路の重ね合わせである。結果として、変調器22.FP.1の回転に伴って活性範囲内の放射フィルターパターンが変化すると、経路の重ね合わせが変化する。ビームの減衰が経路の長さに依存する吸収性の検体（サンプルまたは対象）の存在下で、経路の重ね合わせの変化はコード化された成分の波形のゆがみの原因となり得る。本発明において、これらの影響は、放射フィルターのパターン中の一つ以上の軸に沿った突然の途切れの数を減らすことにより最小化することができる。望ましくは、変調器22.FP.1の少なくとも一つの放射フィルターは上述の「バーコード」あるいは「碁盤の目」のようなパターンを含み、システムを通して実質的に均一な光学経路の重ね合わせを有する一つ以上のコード化された成分を提供する。
【０３４２】
上述のアナライザー100.FP.1の、図9Aに関して、相関サブ画像の配列の位置、対象および参照セルの配列の位置、サンプルセルの位置、および・または他の光学素子を、対象画像52.FP.1が変調器22上に配列するように、またコード化された相関ビームがサンプルセルを通過して検出器上に配列されるように制御することができる。望ましくは、放射源24.FP.1は多数のアラインメント空間成分を含み、変調器22はアラインメント較正アルゴリズム28.utl(ACA).FP.1に入力を提供する多数のアラインメントチャンネルを含み、続いて、変調器22上に対象画像52.FP.1を配列するため、一つ以上の光学素子（例えば、対象および参照セルが取り付けられる共通の構造）の位置付けをする一つ以上のコントロールシグナルを発生する。
【０３４３】
前述の例において、光学素子の順番は例示を目的として選ばれたものであり、本発明の範囲の限定を意図するものではない。例えば、エンコーダーに対する対象および参照セルの配列の位置は任意のものである。相関セルを経て透過した放射をコード化することができ、あるいは放射をコード化してから相関セルを経て透過させることもできる。加えて、サンプル（例えば図1Aで、破線の箱で示されるサンプル38）を、ビーム経路において放射源24.FP.1と検出器26.FP.1の間の任意の場所に置くことができる。これらの、およびその他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０３４４】
様々な実施例を参照に本発明について上述してきたが、添付の請求項およびそれらと同等のものによってのみ定義される、本発明の範囲を離れることなく、他の組み合わせ、変更、および修正を加えることができることが理解されている。従って、サンプルセルの配置またはビーム経路のサンプルの集合を含む特定の光学素子を上述の特定の順序で使用する代わりに、他の光学素子、光学システム、あるいは配列を、本発明の範囲を放れることなく使用することができる。例えば、図1で分散画面の形成に使用されたプレ・エンコーダ光学部品36Aは、集束格子、平面格子および集束ミラーまたはレンズ、格子ペア、プリズムペアまたはプリズムと格子の組み合わせ、格子ペア、プリズムペアまたはプリズムと格子の組み合わせ、および集束ミラーまたはレンズ、プリズムおよび集束ミラーまたはレンズであることが可能であり、また図1で拡張画面の形成に使用されたプレ・エンコーダ光学部品36Aが、単純集束ミラーまたはレンズ、カメラのレンズシステム、干渉計、あるいは集束ミラーまたはレンズおよび帯域通過フィルターまたは線状可変フィルターの集合を含むことができる。加えて、多様な光導体、導波路および光ファイバー（およびそれらの集合）を、多数の遠隔サンプル採取ステーションから放射入力を得るため、あるいはコード化されたシグナルを送るために使用することができる。励起放射に反応してサンプルまたはサンプルの集合によって放射あるいは散乱された放射を測定するアナライザーシステムについて考察する場合、エンコーダの位置がサンプルの前であるかあるいはサンプルの後であるかはほぼ任意である。前者の場合、励起放射は直接コード化され、応答放射は（次にあるいは間接的に）コード化される。後者の場合、応答放射は直接コード化される。充分に早く、線状である励起応答に対しては、応答放射はどちらの場合でもまったく同じにコード化される。
【０３４５】
図1Aの変調器22、および他の図の様々な実施例の変調器が、対応する放射成分をコード化するために軸40の周りを回転するように設計されている場合、これらの変調器のフィルターは、このアプリケーションの様々な図に示されるように、ディスクの環状領域を占める。本発明はしかしながら、当該履行に限定されるものではない。環状領域の代わりにフィルター、例えばフィルター50a、50dなどが変調器の表面に四本の線状の列を形成し、変調器がフィルターの列に実質的に平行な方向に沿って線状に往復運動をする、あるいはドラム上に回転することもある。対象画像52は次に、望ましくはフィルターの四つの列すべてに画像が重なるように、フィルターの列に対して横軸の方向（望ましくは垂直）に投影される。当該およびその他の変形例は、本発明の範囲内にある。
【０３４６】
図1Aのアナライザー100の放射フィルターおよびフィルターペアが、連続したあるいは三段階以上の異なったコントラストレベルを有すると説明されている場合、上述の様々な実施例および例を、実質的に低性能ではあるが、二進法の変調エンコーディングを使用して具象化することができる。当該およびその他の変形例は、本発明の実施例の範囲内にある。
【０３４７】
本発明の多数の実施例は、所定の分光法あるいは画像化を促進するための様々な組み合わせで使用される設計方法であると見なされるべきである。特にこの文献に示されている様々な組み合わせの放射フィルターおよびフィルターペアを含む変調器のパターンは、本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【０３４８】
【図１Ａ】本発明の好適実施例を表す、多機能放射アナライザー100の概略側面図である。
【図１Ｂ】図1Aにおけるアナライザーの一部の、図1Aの線1B-1Bに沿った面を表す概略図である。
【図１Ｃ】二つの異なったスペクトル領域において放射をコード化かつ分析する、アナライザー100の実施例を表す概略図である。
【図２】本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Aの上面図である。
【図３Ａ】図2の放射フィルターの一つの実施例を表す、滑らかな変調関数のデジタル化されたレプリカの図解図である。
【図３Ｂ】直交振幅と想定される波長関数への、有限デジタル処理の効果を示す図である。
【図４Ａ】図1Aのアナライザー100の、スペクトルアナライザーの実施例の焦点面の説明図である。
【図４Ｂ】図1Aのアナライザー100の、画像アナライザーの実施例の焦点面の説明図である。
【図５】本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Bの上面図である。
【図６】本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Cの上面図である。
【図７】本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Dの上面図である。
【図８】本発明の実施例を表す、図1のアナライザー100における使用に適した、変調器22の実施例22Eの上面図である。
【図９Ａ】本発明の好適実施例を表す、位置を移動することのできる折りたたみミラーを含んだ、アナライザー100の概略図である。
【図９Ｂ】アナライザー100の、アラインメント較正およびトラッキングアナライザーの実施例の概略側面図である。
【図９Ｃ】アナライザー100の、アラインメント較正およびトラッキングアナライザーの実施例で使用される、実施例22Fの変調器22の上面図である。
【図１０Ａ】二つの異なった励起源により励起された際に、サンプルの光学特性を測定するために有用な、アナライザー300の概略図である。
【図１０Ｂ】図10Aのアナライザー300に使用される、実施例322の変調器22の上面図である。
【図１１Ａ】不完全な回転周期の高調波に基づいた、回転フィルターを組み込む、変調器22の実施例22DZの上面図である。
【図１１Ｂ】対象画像52のエンコーディングの空間分解能を上げる二つの方法を表す、変調器22の実施例22Gの上面図である。
【図１２Ａ】図1Aのプレ・エンコーダ光学部品36Aの実施例HSの、一番目の概略側面図である。
【図１２Ｂ】図1Aのプレ・エンコーダ光学部品36Aの実施例HSの、二番目の概略側面図である。
【図１２Ｃ】アナライザー100の、ハイパースペクトル画像アナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22HSの上面図である。
【図１３Ａ】アナライザー100の多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例の、配置変調器22の方法の一つの概略描写である。
【図１３Ｂ】アナライザー100の、多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22HCを表し、図１３Ｃは、アナライザー100の、多変量ケモメトリクスアナライザーの実施例に使用される、五つの炭化水素の個別の透過スペクトルと、対応する最適化されたスペクトル窓を示す。
【図１４Ａ】メタンと二酸化炭素の透過スペクトルの関係と、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、最適化された較正スペクトル窓を表す。
【図１４Ｂ】アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、3.0ミクロン領域のCH4、および4.5ミクロン領域のCO2のスペクトル吸収特性のために得られた、二つの標準化された較正カーブを示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｃの部分は、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、変調器22の実施例22SCを表し、図１４Ｄの部分は、メタンと二酸化炭素の透過スペクトルの関係と、アナライザー100の、スペクトル較正アナライザーの実施例に使用される、最適化された較正スペクトル窓TSC.1からTSC.4を表す。
【図１５】検出システム周波数依存補正アナライザーに使用される、実施例22FDの上面図である。
【図１６Ａ】図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス、ポスト・エンコーダ光学部品）の実施例の概略である。
【図１６Ｂ】図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス、ポスト・エンコーダ光学部品）の実施例の、コード化成分収集効率のグラフである。
【図１６Ｃ】図16Cの部分は、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP1（ショートパス）の実施例の概略側面図であり、図16Dの部分は、図1のポスト・エンコーダ光学部品36Bの、SP2（ショートパス）の実施例の概略側面図である。
【図１７Ａ】放射アナライザー100の、コード化フィルター光度計アナライザーの実施例の概略上面図である。
【図１７Ｂ】放射アナライザー100の、コード化フィルター光度計アナライザーの実施例の概略側面図である。
【図１８】放射アナライザー100の、位相固定雑音排除アナライザーの実施例の概略側面図である。
【図１９Ａ】放射アナライザー100の、パターン同心アナライザーの実施例の概略側面図である。
【図１９Ｂ】パターン同心アナライザーに使用される、変調器22の実施例の一つの上面図である。
【図１Ａ】
2005519309.tif 000086
【図１Ｂ】
2005519309.tif 000087
【図１Ｃ】
2005519309.tif 000088
【図２】
2005519309.tif 000089
【図３Ａ】
2005519309.tif 000090
【図３Ｂ】
2005519309.tif 000091
【図４Ａ】
2005519309.tif 000092
【図４Ｂ】
2005519309.tif 000093
【図５】
2005519309.tif 000094
【図６】
2005519309.tif 000095
【図７】
2005519309.tif 000096
【図８】
2005519309.tif 000097
【図９Ａ】
2005519309.tif 000098
【図９Ｂ】
2005519309.tif 000099
【図９Ｃ】
2005519309.tif 000100
【図１０Ａ】
2005519309.tif 000101
【図１０Ｂ】
2005519309.tif 000102
【図１１Ａ】
2005519309.tif 000103
【図１１Ｂ】
2005519309.tif 000104
【図１２Ａ】
2005519309.tif 000105
【図１２Ｂ】
2005519309.tif 000106
【図１２Ｃ】
2005519309.tif 000107
【図１３Ａ】
2005519309.tif 000108
【図１３Ｂ】
2005519309.tif 000109
【図１４Ａ】
2005519309.tif 000110
【図１４Ｂ】
2005519309.tif 000111
【図１４Ｃ】
2005519309.tif 000112
【図１５】
2005519309.tif 000113
【図１６Ａ】
2005519309.tif 000114
【図１６Ｂ】
2005519309.tif 000115
【図１６Ｃ】
2005519309.tif 000116
【図１７Ａ】
2005519309.tif 000117
【図１７Ｂ】
2005519309.tif 000118
【図１８】
2005519309.tif 000119
【図１９Ａ】
2005519309.tif 000120
【図１９Ｂ】
2005519309.tif 000121
【国際調査報告】
2005519309.tif 000122
2005519309.tif 000123