(57)【要約】本発明は、光信号の主成分の振幅を決定する光学分析システムを提供する。主成分とは、分光分析を受ける物質における種々の化合物のうち、特定の化合物の濃度を意味する。光信号には、波長の選択的な重み付けを加える。スペクトルの重み付けは、好ましくは、分散光学素子と組み合わせて空間的光操作手段によって行う。本発明による較正機構及び方法によれば、空間的光操作手段の正確な位置決めを効果的に行うことができる。この較正は、基準光源および検出器と組み合わせた空間的光操作手段における較正セグメントに基づく。
2008510984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の主成分を決定する光学分析システムにおいて、
‐光信号のスペクトル成分を空間的に第１方向に分離させる分散光学素子と、
‐光信号のスペクトル成分を変調する空間的光操作手段と、
‐基準光信号のために少なくとも部分的に透明であって、空間的光操作手段の第１位置に設けた、少なくとも第１較正セグメントと、
‐前記少なくとも第１較正セグメントを通して透過する基準光信号の、少なくとも一部を検出するための、少なくとも第１検出器と、
‐前記少なくとも第１検出器の出力信号に応答して、分散光学素子の向きに関し、空間的光操作手段の相対位置を修正するための手段と
を備えたことを特徴とする光学分析システム。
【請求項２】
さらに、基準光信号を発生する基準光源を備えた請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項３】
基準光信号のスペクトル成分を、分散光学素子によって空間的に分離し、また、少なくとも第１較正セグメントを、前記第１方向に対してほぼ直交する第２方向に沿うスリットとして構成した、請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項４】
前記基準光信号を基準平面に伝播させ、また、光信号を分光平面に伝播させ、基準平面および分光平面を互いにほぼ平行、かつ前記第２方向に分離した、請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項５】
前記少なくとも第１検出器を分割検出器とし、この分割検出器を、前記第１方向に沿って分離している少なくとも２個の検出セグメントとして構成した、請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項６】
前記少なくとも第１検出器を分割検出器とし、この分割検出器を、前記第２方向に沿って分離している少なくとも２個の検出セグメントを有する構成とし、また、前記少なくとも第１較正セグメントを、前記第２方向に対して傾斜するスリットとして構成した、請求項４に記載の光学分析システム。
【請求項７】
前記少なくとも第１検出器を、空間的光操作手段に一体化した、請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項８】
前記少なくとも第１検出器を、さらに光信号のスペクトル成分の少なくとも一部を検出し得る構成とし、当該光学分析システムは、さらに、前記第２方向に沿って前記空間的光操作手段をシフトする手段を有する構成とした、請求項１に記載の光学分析システム。
【請求項９】
請求項１に記載の光学分析システムにおいて、さらに、前記少なくとも第１検出器の出力を分析し、また、少なくとも前記第１検出器の出力信号に応答して、第１方向および／または第２方向に沿って前記空間的光操作手段をシフトする制御手段を有する構成とした、光学分析システム。
【請求項１０】
光信号のスペクトル成分を空間的に第１方向に分離する分散光学素子を有する光学分析システムのための空間的光変調マスクにおいて、
‐光信号の少なくとも第１スペクトル成分を変調する強度変調パターンと、
‐強度変調パターンに対して固定の第１位置に位置し、基準光信号のために少なくとも部分的に透明である、少なくとも第１較正セグメントと
を備えたことを特徴とする空間的光変調マスク。
【請求項１１】
請求項９に記載の空間的光変調マスクにおいて、さらに、
‐第１強度変調パターンをなす第１区域と、
‐第２強度変調パターンをなす第２区域と、
‐少なくとも第１較正セグメントをなす第２区域と
を備えた、空間的光変調マスク。
【請求項１２】
光信号のスペクトル成分を空間的に第１方向に分離する分散光学素子を有する光学分析システムの較正方法において、
‐少なくとも第１較正セグメントを有する空間的光変調マスクを前記光学分析システムに挿入するステップと、
‐前記空間的光変調マスク上へ基準光信号を当てるステップと、
‐前記少なくとも第１較正セグメントによって透過される基準光信号の、少なくとも第１スペクトル成分の一部を、少なくとも第１検出器によって決定するステップと、
‐基準光信号の少なくとも第１スペクトル成分の検出した部分を分析して、前記第１方向に沿って前記空間的光操作手段をシフトするステップと
を有することを特徴とする、光学分析システムの較正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的分光器使用術の分野に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
分光技術は、物質の組成物決定のために広く使われている。光信号、すなわち分光学的光信号をスペクトル分析することによって、物質の特定化合物の濃度を、正確に決定できる。一般に、特定の化合物の濃度は、光信号の主成分の振幅によって与えられる。
【０００３】
米国特許第６１９８５３１号には、光信号の主成分の振幅を決定する光学分析システムの事例が記載されている。
【０００４】
この既知の光学分析システムは、例えば、どの化合物が、試料においてどの位の濃度で含まれているかを分析するのに適した分光分析システムの一部である。試料と相互作用する光が、化合物及びそれらの濃度に関する情報を採取することはよく知られている。内在する物理的プロセスは、例えば、レーザ、ランプまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源の光を、この情報を搬送する光信号を発生するよう、試料に指向させる光学分光技術において利用される。
【０００５】
例えば、光を試料によって吸収させる。代案として、もしくは付加的に、波長が既知の光を試料に対して相互作用させ、このことにより、例えばラマンプロセスにより、異なる波長の光を発生させる。つぎに、透過したおよび／または発生した光は、スペクトルと称される光信号を構成する。波長の関数としての光信号の相対強度は、試料に含まれる化合物およびその濃度を表す。
【０００６】
試料に含まれる化合物を識別するために、また、それらの濃度を決定するために、光信号を分析しなければならない。既知の光学分析システムにおいて、光信号を、光学フィルタを含む専用ハードウェアによって、分析する。この光学フィルタは、波長に依存する透過性を有する。すなわち、波長に依存する透過性によって与えられるスペクトル加重関数によって、光信号を重み付けするよう設計する。スペクトル加重関数は、重み付けした光信号、すなわちフィルタを透過した光の総強度が、特定の化合物の濃度に正比例するように選択する。このような光学フィルタはまた、多変量光学素子（ＭＯＥ）と呼ばれる。この強度は、例えばフォトダイオードのような検出器によって、都合よく検出することができる。全ての化合物毎に、固有スペクトル加重関数を有する専用光学フィルタを、利用する。光学フィルタは、例えば、所望の加重関数を構成する透過性を有する、干渉フィルタとすることができる。
【０００７】
この分析計画をうまく実施するには、スペクトル加重関数を知ることは重要である。これらスペクトル加重関数は、例えば、既知濃度のＮ個の純粋な化合物の、Ｎ個のスペクトルから成るセットの主成分分析を行うことによって得ることができる（ただし、Ｎは整数とする）。各々のスペクトルは、Ｍ個の異なる波長で対応する光信号の強度から成る（ただし、Ｍはやはり整数とする）。典型的に、Ｍは、Ｎよりも非常に大きい。対応するＭ個の波長でＭ個の強度を含む各々のスペクトルは、Ｍ個の成分がこれらの強度である、Ｍ次元のベクトルを構成する。これらのベクトルに対して、主成分分析の中心であり、当業者によく理解されている特異値分解（ＳＶＤ）として知られている、線形代数処理を加える。
【０００８】
ＳＶＤの結果として、Ｎ＋１より小さい正整数であるｎを有する、一組のＮ固有ベクトルＺｎ が得られる。
固有ベクトルＺｎは、最初のＮスペクトルの線形結合であり、また、しばしば主成分または主成分ベクトルと称される。一般的に、主成分は相互に直交し、｜Ｚｎ｜＝１の正規ベクトルとして決定される。主成分Ｚｎを使用することにより、濃度が未知の化合物を含む試料の光信号を、適当なスカラー乗数によって乗じられる、正規化された以下の主成分の組み合わせによって記述することができる。すなわち、
Ｘ1Ｚ1＋Ｘ２Ｚ２＋…＋ＸｎＺｎ
【０００９】
ただし、ｎをＮ＋１より小さい正整数として、Ｘ１ 〜Ｘｎ のスカラー乗数は、所定の光信号の主成分Ｚｎ の振幅とみなすことができる。各々の乗数Ｘｎ は、光信号をＭ次元の波長空間のベクトルとして処理し、このベクトルと主成分ベクトルＺｎ との直積を算出することによって、決定することができる。
【００１０】
その結果は、正規化した固有ベクトルＺｎ の方向における光信号の振幅Ｘｎ を生む。振幅Ｘｎ は、Ｎ次の化合物の濃度に対応する。
【００１１】
既知の光学分析システムでは、光信号を意味するベクトルと、主成分を意味する固有ベクトルとの間の直積演算は、光学分析システムのハードウェアにおいて、光学フィルタにより実行される。光学フィルタは、その主成分を意味する固有ベクトルの成分に従って、光信号を重み付けするような、透過率を有するものとする。すなわち、主成分ベクトルは、スペクトル加重関数を構成する。フィルタ透過した光信号は、検出器によって検出することができ、この検出器は、主成分の振幅、ひいては対応する化合物の濃度に比例する振幅を表す信号を発生する。
【００１２】
物理学において、各主成分は、光信号内の波長範囲における、ある形状を有する、「スペクトル」で構成される。実際のスペクトルと対比して、主成分は、正の部分を第１スペクトル域に、負の部分を第２スペクトル域に含む場合がある。この場合、この主成分を意味するベクトルは、第１スペクトル域に対応する波長のための正成分、及び、第２スペクトル域に対応する波長のための負成分を有する。
【００１３】
既知の光学分析システム事例では、光信号を意味するベクトルと、主成分を意味する固有ベクトルとの間の直積演算を、主成分が正部分及び負部分を含む場合において、ハードウェアで行うように設計している。この目的を達成するために、光信号の一部分を、主成分の正部分に対応する、第１スペクトル加重関数によって光学信号を重み付けする、第１フィルタに指向させ、光信号の他の部分を、主成分の負部分に対応する、第２スペクトル加重関数によって光学信号を重み付けする、第２フィルターに指向させる。第１フィルタおよび第２フィルタを透過する光を、それぞれ、第１検出器および第２検出器によって検出する。第２検出器の信号を、第１検出器の信号から減算し、この結果、濃度に対応する振幅を有する信号が得られる。
【００１４】
他の事例にとして、既知の光学分析システムは、第１化合物及び第２化合物の濃度を、第１主成分及び第２主成分に対応する振幅を測定することによって決定することができる。この目的のために、光信号の一部分を、第１主成分に対応する、第１スペクトル加重関数によって光信号を重み付けする、第１フィルタに指向させ、光信号の他の部分を、第２主成分に対応する、第２スペクトル加重関数によって光信号を重み付けする、第２フィルタに指向させる。第１フィルタおよび第２フィルタを透過する光を、それぞれ、第１検出器および第２検出器によって検出する。第１検出器および第２検出器の信号は、それぞれ、第１および第２スペクトル加重関数に対応する。
【００１５】
特に、光学分析システムが物質における単に１個の化合物濃度、例えば血液におけるグルコース濃度を決定するための専用分析システムである場合、この特定化合物のスペクトル加重関数用に設計した、対応光学フィルタを使用すると有利である。このような専用光学フィルタは、コスト的に効率よく実現されることができ、これは、透過特性または吸収特性を再構成可能にする必要はないからである。したがって、特定化合物の濃度を決定するための専用分析システムは、低コストＭＯＥに基づいて実施でき、このＭＯＥは、分散光学素子、例えば、プリズム、または格子、および空間的透過パターンを生ずる、対応する光学フィルタにより、実施できる。
この場合、試料から受光して、試料の組成物を示すスペクトル成分を搬送する光信号は、分散光学素子に入射する。分散光学素子によって、入射する光信号は、種々のスペクトル成分に空間的に分解される。したがって、分散光学素子は、入射光信号のスペクトル成分を空間的に分離する作用を行う。好ましくは、展開するスペクトルは、分散光学素子によって特定の方向に沿って広がる。例えば、スペクトルは第１方向、例えば水平方向に広がるようにすることができる。
【００１６】
スペクトルの光路に挿入する、専用の空間的透過マスクを使用することにより、展開するスペクトルの専用スペクトル成分を、減衰、または完全に遮断することもできる。したがって、空間的透過マスクは、異なる透過特性を有することを特徴とする複数個の領域を設けなければならない。スペクトルを水平方向に拡散させるとき、これらの領域を、水平方向に配列した空間的透過マスクとし、これにより、垂直方向には均一透過を生ずるようにする。
【００１７】
さらに、鉛直垂直方向にスペクトルを一様に拡散する場合、空間的透過マスクを、垂直方向に配列した２個の区域に分割することができる。これら区域は、それぞれ、２個の異なる方法で同時に操作することを可能にする、異なる空間的透過パターンを特徴とすることができる。
【００１８】
従って、空間的透過マスクの上方区域は、効率的に第１スペクトル加重関数として有効に使用できるとともに、空間的透過マスクの下方区域が、第２スペクトル加重関数として機能できるようにする。これら２個の、異なって操作されるスペクトルを個別に検出することによって、主成分の正部分および負部分を、個別に検出でき、したがって、専用の化合物の濃度に対応する振幅を決定するために、効果的かつ充分なデータ処理が可能となる。例えば、スペクトル加重関数の正部分および負部分を相互に減算することによって、化合物の濃度を表す信号を、正確に誘導できるようになる。
分散光学素子と組み合わせた専用の空間的透過マスクの使用は、効果的に、光学分析システムの低コスト化を実現する。したがって、空間的透過マスクを再構成不能にパターン化した減光フィルタとして構成することは、単一の専用の化合物を分析するための、効率的かつ低コストな方法を提供する。
【００１９】
このような実施において、空間的透過マスクのパターン化構造のみが、専用のスペクトル加重関数の正部分及び負部分を規定する。それゆえ、空間透過マスクの透過パターンのみが、特定化合物の分析に固有となる。光学分析システムのこれら低コストの実現は、主に、単独の化合物の濃度決定に限定される。さらに、これらの分散的な分光学的構成において、展開するスペクトルと空間的透過マスクとの間の相対位置決めは、相当厳密である。この場合、空間的透過マスクのわずかなずれも、得られる結果に重大な影響を及ぼすことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明は、較正機構、および、多変量光学素子を使用する光学分析システムのための較正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、光信号の主成分を決定するための光学分析システムを提供する。光学分析システムは、分散光学素子と、空間的光操作手段と、少なくとも空間的光操作手段における第１位置に設けた第１較正セグメントと、少なくとも第１検出器と、分散光学素子の向きに対する空間的光操作手段の相対位置を修正する手段を有する。空間的光操作手段の相対位置の修正とは、空間的光操作手段のシフト、または、分散光学素子の向きまたは位置の修正のことである。分散光学素子は、光信号のスペクトル成分を、好ましくは第１方向に沿って空間的に分離する。例えば、分散光学素子は、格子またはプリズムで構成できる。
入射光信号、一般的に光ビームは、透過体または反射体のジオメトリ（幾何学的配置構成）において、空間的に展開される。したがって、光信号の種々のスペクトル成分は、空間的光操作手段によって選択的に操作できる。一般的に、空間的光操作手段は、透過が変動する種々の領域を有することを特徴とする、減光フィルタのような、空間的透過マスクとして構成する。一般的に、透過が変動するこれら透過領域は、光信号の特定スペクトル成分を減衰するかまたは遮断するために、第１方向に沿って配置する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
一般的に、空間的光操作手段は、単独の減光フィルタ、または複数個の減光フィルタの組み合せとして構成でき、これらフィルタは、とくに、スペクトル加重関数の正部分および／または負部分を実現するよう設計する。空間的光操作手段の位置は、得られた結果の信頼性にとって重要であるため、本発明の光学分析システムは、光信号自体によって生ずる基準光信号、または、付加的な基準光源による基準光信号を使用する。例えば、特定の波長を特徴とする光信号の、特定スペクトル成分を、基準光信号としてもよい。これは、光源を、多数の特徴スペクトル成分（例えば、ガス放電ランプのスペクトルライン）を有する広帯域光源として構成すると、好適に適用できる。
【００２３】
本発明による他の実施の形態においては、光学分析システムは、さらに、基準光学信号を発生させるための基準光源を有する構成とする。このようにして、基準光信号を、特別な基準光源によって供給する。原理的には、この基準光源を、強度及び分光分布が既知の、任意のタイプの光源によっても構成できる。
さらに、適切に空間的光操作手段を整列させるために、空間的光操作手段は、空間的光操作手段上の第１位置に設けた、少なくとも第１較正セグメントを有する構成とする。この較正セグメントは、基準光信号のために、または、基準光信号の特定スペクトル成分のために、少なくとも部分的に透明にする。少なくとも第１検出器は、さらに、空間的光操作手段上の少なくとも第１較正セグメントを透過する基準光信号の、少なくとも一部を検出する構成とする。
【００２４】
少なくとも第１較正セグメントを透過する基準光信号の一部を検出し、また、基準光源の初期の強度を知ることによって、空間的光操作手段が光学分析システムに正しく取り付けられているか否かを、正確に決定することができる。少なくとも第１検出器によって生ずる出力信号に従って、空間的光操作手段を、少なくとも第１方向、すなわち光信号のスペクトル分解方向に、シフト手段を使用して、移動させることができる。
【００２５】
好ましくは、基準光源、および、基準光信号の一部を検出する少なくとも第１検出器は、厳密に規定した方法で、手動操作により相互に配置する。空間的光操作手段を、基準光源および第１検出器との間の光路に挿入する。少なくとも第１較正セグメントを、空間的光操作手段上に位置決めし、この位置決めは、空間光操作手段が、分散光学素子によって発生する空間的スペクトル分布に関して適正位置にある時のみ、基準光信号の予め規定した一部が少なくとも第検出器に透過するように行う。
【００２６】
例えば、光信号のスペクトルが水平方向に展開するとき、第１較正セグメントを、空間的光操作手段上の厳密に規定した水平方向位置に位置決めする。光学分析システムの光路中に不適切に位置決めされたとき、基準光信号の相当量が空間的光操作手段によって、吸収、または遮断される。したがって、少なくとも第１検出器は、基準光信号の少量部分しか検出できなくなり、このことは、空間的光操作手段が、光学分析システムに不適切に取り付けられていることを示す。
空間的光操作手段の正確な位置決めは、光学分析システムの信頼性の高い操作に深く関係する。したがって、較正機構は、光信号のスペクトル成分の空間的分布に対して、空間的光操作手段を正確に位置決めしなければならない。光学分析システムにこのような較正機構を設けることによって、複数個の異なる化合物にも特化した空間的光操作手段を実現でき、また、光学分析システムに使用できる。このようにして、光学分析システムは、試料の単に１個の専用化合物のみの濃度決定に制限されないことになる。
【００２７】
さらに、第１化合物用に特化した空間的透過マスクを、異なる空間的透過パターンを特徴とし、したがって第２化合物用に特化した空間的透過マスクと交換することによって、光学分析システムは、多種多様な異なる化合物に特化した出力を生ずるように、自在に適合させることができる。モジュラー概念（コンセプト）、すなわち、異なる化合物用に特化した空間的透過マスクを、モジュールとして光学分析システムに組み込むことができるようにする概念を実現することにより、光学分析システムおよび種々の化合物用に特化した空間的光操作手段を、個別に市販できるようになる。このようにすると、エンドユーザーは、光学分析システムを、分析すべき特定の化合物を選択し、選択した特定化合物に適合するよう自由に構築できるようになる。このことは、空間的光操作手段、例えば、空間的透過マスクを、光学分析システムに挿入し、また、取り外さなければならないということを意味している。種々の空間的透過マスクのこの差し替え可能性は、特に、本発明によって得られる光学分析システムの充分な較正を必要とする。
【００２８】
差し替え可能性のある光操作手段のそれぞれに、少なくとも第１較正セグメントを設け、専用の基準光信号および基準信号検出器を使用することにより、空間的光操作手段の不適正な位置決め（すなわち、較正不一致）を、正確に検出し、また修正できる。
【００２９】
また、本発明の他の好適な実施形態によれば、基準光信号のスペクトル成分を、分散光学素子によって空間的に分離する。さらに、少なくとも第１較正セグメントは、第２方向に沿ったスリットとして構成する。この第２方向は、分散光学素子によってできるスペクトルの空間的拡開で特定される第１方向に対してほぼ直交する。好ましくは、基準光信号は、入射光信号と同一経路上で伝播させる。
【００３０】
このようにして、基準信号と同様に、光信号の双方は、同一の分散光学素子によって空間的に分散する。従って、２個の異なるスペクトルが発生し、一方のスペクトルは光信号のスペクトル成分を表し、他方のスペクトルは、基準光信号のスペクトル成分を表す。基準光信号が既知のスペクトル分布を有し、また、基準光信号の強度もしくは基準光信号の特定スペクトル成分の強度が既知であるため、空間的光操作手段の正確な位置決めは、基準光信号のこの特定スペクトル成分の透過強度を測定することによって、効果的に制御できる。
【００３１】
したがって、少なくとも第１較正セグメントは、空間的光操作手段上の第１方向に沿って、専用位置を有する。光学分析システムに取り付けるとき、少なくとも第１較正セグメントのこの専用位置は、基準光信号の特定スペクトル成分の位置に対応する。一般的に、少なくとも第１較正セグメントは、基準光信号のこの特定スペクトル成分のために、高い透明性を有するものとする。したがって、基準光信号の特定スペクトル成分は、空間光的操作手段の較正セグメントを効果的に透過し、また、少なくとも第１検出器によって十分に検出できる。強度および特定の分光組成が既知である基準光源を使用することにより、基準光信号の特定スペクトル成分の強度を計算でき、また、対応する測定スペクトル成分と比較でき、これにより、空間的光操作手段の正確な位置決めの基準となる。
【００３２】
代案として、既知の強度および基準光源の分光組成を用いる代わりに、空間的光操作手段の相対位置を修正して、基準光源のスペクトル成分の透過強度を最大にすることができる。
【００３３】
例えば、光信号のスペクトル及び基準光信号のスペクトルが水平方向に広がるとき、空間的光操作手段は、水平方向に正確に位置決めしなければならない。この形態において、少なくとも第１較正セグメントは、空間的光操作手段上の異なる水平位置における縦スリットとして、構成すると好適である。この場合、スリット幅は、基準光信号の特定スペクトル成分のスペクトル幅に対応させる、もしくは、光学分析システムのスペクトル分解能に対応させるとよい。例えば、ネオンのような希ガスに基づく放電ランプによって、基準光源を構成することによって、スリット幅は、ネオンスペクトルの特定ラインのスペクトル幅に、一致する。この特定ネオンラインの強度を知得し、また、較正セグメントを透過する部分を測定することによって、この特定透過ラインの全体もしくは一部のみが、較正セグメントを透過したか否か、を十分に判断することができる。この特定透過ラインが較正セグメントによって部分的に遮られる場合、空間的光操作手段は、光学分析システムに適切に取り付けられていない、したがって、水平方向にシフトすることが必要となる。
【００３４】
連続的に水平方向に空間的光操作手段をシフトし、同時に透過したネオンラインの強度をモニタすることによって、透過した強度の最大値を測定し得る。透過したネオンラインの最大強度に対応する、空間的光操作手段の水平位置は、空間的光操作手段の正確な水平位置を示す。
【００３５】
スペクトルが更に伝播するにつれて、分散光学素子によって発生するスペクトルは大きく拡開するため、空間的光操作手段は、常に、分散光学素子から規定した距離で光路に挿入しなれなければならない。このとき、空間的透過パターンの水平幅は、展開するスペクトルの水平幅にもはや一致しないため、空間的光操作手段の長手方向変位は、光学分析システム全体の信頼性に大きく影響する。
【００３６】
本発明の他の好適な実施形態によれば、空間的光操作手段は、さらに、空間的光操作手段上の第２位置に、少なくとも第２較正セグメントを有する構成とする。この第２較正セグメントは、基準光信号の第２スペクトル成分のために、少なくとも部分的に透明とする。このようにして、基準光信号の単に１個のスペクトル成分だけでなく、基準光信号の第２スペクトル成分も、十分に検出できる。好ましくは、空間的光操作手段の第２較正セグメントを透過する、基準光信号のこの第２スペクトル成分を、第２検出器によって検出する。したがって、基準光信号の第１および第２のスペクトル成分を、同時に検出できる。
【００３７】
測定した基準光信号の双方のスペクトル成分が、所定値に対応する場合のみ、空間的光操作手段は正確な位置に配置されている。２個の測定した基準光信号のスペクトル成分のうち一方だけが、所定値に対応するような場合は、空間的光操作手段は、分散光学素子からの距離に関して不正確な位置に配置されている。したがって、空間的光操作手段上に入射するスペクトルは、空間的光操作手段の空間的光透過パターンと一致しない。検出した双方の基準信号が、所定強度値に適合しない場合、空間的光操作手段を、横方向にシフトしなければならない。
【００３８】
本発明の他の好適な実施形態によれば、基準光信号は基準面に伝播し、光信号は分光面に伝播する。基準面および分光面は、ほぼ平行である。好ましくは、これら基準面および分光面は、第２方向に、すなわち、スペクトル拡開によって特定される第１方向にほぼ直交する方向に沿って分離する。
【００３９】
光信号及び基準光信号のスペクトル成分が水平方向に分離される場合においては、基準面および分光面は、光信号および基準光信号は、互いに垂直方向にシフトする。
【００４０】
したがって、光信号および基準光信号は、互いに平行に伝播するが、互いに垂直方向にシフトした伝播平面に伝播する。したがって、較正セグメントは、スペクトル加重関数の正部分または負部分を表す空間的透過パターンのように、空間的光操作手段における異なる垂直方向位置に存在することを特徴とする。さらに、透過した基準光信号の強度を検出する少なくとも第１検出器を、分光分析専用の検出器に対して、垂直方向にずらして配置する。
このようにして、光信号のスペクトルおよび基準光信号のスペクトルは、互いに干渉しない。このように、光学分析システムの較正専用の少なくとも第１検出器は、基準光源から出射する光学的放射のみを検出することを、事実上保証する。
【００４１】
好ましくは、透過した基準光信号の強度を検出する少なくとも第１検出器は、フォトダイオードを基礎とする低コスト半導体として構成する。一般的には、いかなる空間的分解能をも付与する必要はない。
【００４２】
本発明の他の好適な実施形態によれば、少なくとも第１検出器は、セグメント化した検出器、例えば分割検出器として構成する。セグメント化した検出器もしくは分割検出器は、少なくとも２個の検出器セグメントを有し、これら検出器セグメントを第１方向に沿って互いに分離させたものとする。この実施形態においては、少なくとも第１検出器を、第１方向に沿って配置した分割フォトダイオードとして構成する。分割フォトダイオードの２個のセグメントを、例えば水平方向に配置し、基本的な空間的分解能を有する特徴とする。好ましくは、分割フォトダイオードを、種々の結像手段と組み合わせて構成し、空間的光操作手段が正確に位置決めされているときに、透過した基準光信号のスペクトル成分が、均等に２個の分割検出器セグメントに入射するようにする。
【００４３】
水平方向における空間的光操作手段のいかなる誤整列も、誤整列に対応して分割検出器上で透過スペクトル成分がシフトすることにつながる。したがって、基準光信号の透過したスペクトル成分は、分割検出器に不均等に分布する。分割検出器の第１セグメントおよび第２のセグメントによって検出した強度の差は、空間的光操作手段の水平方向位置が、適正位置に一致しないことを示す。このようにして、空間的光操作手段の不正確な水平方向位置決めが決定されるだけでなく、誤整列の方向も効果的に解明できる。
【００４４】
本発明の他の好適な実施形態によれば、少なくとも第１検出器を、分割検出器として構成し。この分割検出器は、第２方向に沿って互いに分離した少なくとも２個の検出器セグメントを有する構成とする。この実施形態に関し、この場合、分割検出器は、検出器の横断する平面において９０゜回転させた状態にする。さらに、少なくとも第１較正セグメントを、第２方向に対して斜めに傾斜するスリットとして構成することもできる。例えば、分散光学素子によって生ずるスペクトルが水平方向において拡開すると仮定すると、少なくとも第１スリットを、垂直方向に対して斜めに傾斜させ、また分割検出器は、上方セグメントおよび下方セグメントを有する特徴のものとする。この実施形態によれば、空間的光操作手段の位置不一致の大きさを、比較的広範囲にわたり決定できる。例えば、スペクトル基準ラインの幅に正確に対応する幅を有するスリットの垂直方向の向きを仮定すると、その位置不一致が、スリットの幅より小さいときだけ、空間的光操作手段の水平方向変位を検出できる。不一致量がより大きい場合、少なくとも第１検出器は、有意の強度を検出することができない場合がある。
【００４５】
垂直方向に対して較正セグメント、すなわちスリットを斜めに傾斜させることによって、より大きいスペクトル域を、少なくとも第１検出器によって効果的に検出できる。付加的に、垂直方向に配置した検出器セグメントを特徴とする分割検出器を使用することにより、空間的光操作手段の水平方向位置不一致の大きさを、十分に決定できる。
【００４６】
本発明の他の好適な実施形態によれば、少なくとも第１検出器は、さらに、光信号の変調されたスペクトル成分の少なくとも一部を検出するよう構成する。さらに、光学分析システムは、第２方向に沿って空間的光操作手段をシフトする手段を有する構成とする。この実施形態において、基準光信号を、光信号自体によって、効果的に代替する。この場合、光信号の専用スペクトル成分を、効果的に基準光信号として使用する。したがって、基準光源は、光信号を発生する光源、例えば分光器の励起光源で、効果的に実現できる。
【００４７】
例えば、光学分析システムを、ラマンシフトした分光光信号の分光分析を行う専用システムとする場合、弾力的に散乱する光の特定スペクトル成分を、基準光信号として使用できる。この実施形態において、基準面および分光面は必然的にオーバーラップするため、較正および分光分析を順次に行うのが合理的である。例えば、スペクトルが水平方向に拡開すると仮定すると、空間的光操作手段は、較正区域と、正回帰および負回帰のための互いに垂直方向に隣接する２個の光透過パターン区域とを有する構成とする。この場合、空間的光操作手段の水平方向較正は、空間的光操作手段の較正区域を垂直方向にシフトして光路内に移動することによって、実現できる。較正区域を光路内に移動することにより、空間的光操作手段を水平方向の正確な位置にシフトして十分な較正ができる。その後、空間的光操作手段を垂直方向にシフトして、空間的光操作手段の重み付け区域を光路内に移動する。
【００４８】
本発明のさらに他の好適な実施形態によれば、光学分析システムはさらに、少なくとも第１検出器の出力を分析し、また制御手段、そして、少なくとも第１検出器の出力信号に応答して第１方向および／または第２方向に沿って空間的光操作手段をシフトする制御手段を有する構成とする。好適には、空間的光操作手段をシフトする手段を、電気的に制御できる一種のアクチュエータ装置として構成する。さらに、制御手段を電気制御ループ手段として構成し、この電気制御ループ手段には、少なくとも１個の検出器の出力を所定値と比較するデジタル信号処理手段を組み込むことができる。
本発明のさらに他の好適な実施形態によれば、少なくとも第１検出器を、空間的光操作手段に一体化する。このようにして、基準光信号の透過部分を、少なくとも第１検出器に合焦させる必要がなくなる。さらに、少なくとも第１検出器を、光学分析システムセットアップの際に、特定位置に、別個に取り付ける必要がなくなる。少なくとも第１検出器を、直接、空間的光操作手段に一体化することによって、少なくとも第１検出器は、自動的に正確な位置をとる。
【００４９】
本発明は、他の発明として、光学分析システムの空間的光変調マスクを提供する。この光学分析システムは、第１方向に、光信号の空間的にスペクトル成分を分離する分散光学素子を有する。空間的光変調マスクは、光信号の少なくとも１個のスペクトル成分を変調する強度変調パターンと、第１位置における、少なくとも１個の第１較正セグメントとを備える。この第１位置は、強度変調パターンに対して、好ましくは第１方向に沿って固定した位置とする。
【００５０】
例えば、光信号のスペクトル成分が水平方向に拡開するとき、少なくとも第１較正セグメントは、空間的光変調マスク上で固定の水平位置を画定する。少なくとも第１較正セグメントは、基準光信号、または少なくとも基準光信号の特定スペクトル成分のために、少なくとも部分的に透明とする。少なくとも基準光信号の特定スペクトル成分の強度を知得することにより、少なくとも第１較正セグメントを効果的に使用して、光学分析システムにおいて空間的光変調マスクを正確に位置決めできる。
【００５１】
本発明の他の好適な実施形態によれば、空間的光変調マスクは、第１強度変調パターンをなす第１区域と、第２強度変調パターンをなす第２区域と、さらに、少なくとも第１較正セグメントをなす第３区域とを有する構成とする。好ましくは、空間的光変調マスクは、多変量光学素子（ＭＯＥ）の一部とし、そして、第１区域および第２区域は、それぞれ、スペクトル加重関数の第１部分および第２部分に対応する光信号の、種々のスペクトル成分のスペクトル減衰を効果的にもたらす。
【００５２】
本発明は、さらに他の発明として、光学分析システムの較正方法を提供する。この光学分析システムは、光信号のスペクトル成分を空間的に第１方向に分離する分散光学素子を備えている。較正方法は、空間的光変調マスクを光学分析システムに挿入するステップと、空間的光変調マスク上へ基準光信号を当てるステップと、空間的光変調マスクの少なくとも第１較正セグメントを透過する基準光信号の、少なくとも第１スペクトル成分の一部を決定するステップと、及び、第１方向に沿った空間的光操作手段をシフトするために、検出した基準光信号の少なくとも第１スペクトル成分の一部を分析するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００５３】
この較正方法は、基準光信号をスペクトル分散させることを利用し、特定位置に基準光信号の専用スペクトル成分を生ずるようにする。この特定の位置は、空間的光変調マスク全体が、光学分析システムに正確に位置決めされている場合にのみ、較正セグメントの位置に正確に一致する。したがって、少なくとも第１較正セグメントは、基準光信号の限定したスペクトル成分のために、少なくとも部分的に透明とし、そして第１検出器は、基準光信号の透過したスペクトル成分の強度を決定し得る構成とする。
【００５４】
光学分析システムの較正方法は、試料における特定化合物の濃度を決定するために多変量光学素子を用いる光学分析システムに適用すると好適である。空間的光変調マスクは、ＭＯＥの重要な素子であって、主に光学分析システムによって主に分析される、単に１個の化合物用に特化する。種々の異なる空間的光変調マスクを、光学分析システムで区分利用できるものとし、これにより、光学分析システムが種々の化合物の光学分析を行えるようにすることができる。
さらに、請求項におけるいかなる参照符号も、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるものではない点に留意されたい。
【実施例】
【００５５】
以下に、本発明の好適な実施例を、図面につき詳述する。
【００５６】
図１に示す実施例において、光信号の主成分の振幅を決定する光学分析システム２０は、ある濃度の物質を含む試料２を照射し、これによって、その主成分の光信号を発生させる光を生ずる光源１を有する。主成分の振幅は、その物質の濃度に関係する。光源１は、レーザ、例えばガスレーザ、色素レーザ、および／または、例えば半導体またはダイオードレーザのような固体レーザとする。特に、光学分析システムを、例えば吸収分光または拡散性反射分光の分野に適用する場合、光源１を、白熱電球に基づく光源とすることもできる。
【００５７】
この実施例の光学分析システム２０は、血液分析システム４０の一部とする。血液分析システムは、さらに、主成分の振幅を決定するための、すなわち、化合物の成分を決定するための、計算素子１９を有する。試料２としては、血管を備えた皮膚がある。その物質は、グルコース、乳酸塩、コレステロール、オキシヘモグロビンおよび／またはデオキシヘモグロビン、グリコヘモグロビン（ＨｂＡ１ｃ）、ヘマトクリット、コレステロール（総量、ＨＤＬ、ＬＤＬ）、トリグリセリド、尿素、アルブミン、クレアチニン、含有酸素、ｐＨ、炭酸水素塩、および、その他多数のうちのｌ個またはそれ以上であってもよい。これらの物質の濃度は、光波分光学を用いる非侵襲性の手法によって決定する。このため、光源１によって生ずる光を二色性ミラー３に送り、この二色性ミラー３により光源によって生ずる光を皮膚内の血管へ向かって反射させる。この光は、対物レンズ１２を用いて、血管に合焦させてもよい。この光は、国際特許出願公開第０２／０５７７５９号に記載されているような、画像分析システムを使用して、血管内に合焦してもよい。
【００５８】
光源１によって生ずる光と、血管内の血液との相互作用によって、光信号が、ラマン散乱及び蛍光発光に基づいて、発生する。このようにして発生した光信号を、対物レンズ１２によって収集し、二色性ミラー３に送ることができる。この光信号は、光源１によって生ずる光とは異なる波長を有する。二色性ミラーは、少なくとも光信号の一部を透過するよう構成する。
【００５９】
このようにして発生する光信号のスペクトル１００を、２Ａ図に示す。このスペクトルは、比較的広い帯域にわたる蛍光性背景（ＦＢＧ）１０２、および、比較的狭いラマン帯域（ＲＢ）１０４，１０６，１０８を含む。図２Ａにおいて、ｘ軸は、光源１による７８５ｎｍ波長励起の波長シフトを波数で表したものであり、図２Ａのｙ軸は、任意単位の強度を表す。ｘ軸は、０の強度に対応する。ラマン帯域の波長及び強度、すなわち位置及び高さは、濃度８０ｍＭｏｌで溶解した、検体のグルコースに関して図２Ｂの実施例で示されているような、検体のタイプを表す。図２Ｂにおける実線１１０は、グルコースおよび水分の双方を含む検体のスペクトルを示し、図２Ｂにおける破線１１２は、水分中のグルコースのスペクトルと、グルコースを含まない水分のスペクトルとの間の差を示すものである。これらの帯域でのスペクトル振幅は、検体の濃度を示す。
【００６０】
血液は、それぞれ、図２Ｂのスペクトルと同様に複雑な所定スペクトルを有する多くの化合物を含むため、光信号のスペクトル分析は、相当複雑になる。光信号を、本発明による光学分析システム２０に送る。この光学分析システム２０において、光信号は、例えば図３に線図的に示した、加重関数によって、光学信号に重み付けするＭＯＥによって分析する。図３の加重関数は、血液中のグルコースについて設計したものである。この加重関数は、正部分Ｐおよび負部分Ｎを含む。この例において、正部分Ｐおよび負部分Ｎは、それぞれ１個以上のスペクトル帯を含む。
【００６１】
本願明細書のここまでの、および、残りの説明において、合焦部材と、他の光学素子との間の距離は、光軸に沿う、合焦部材の主平面と、他の光学素子の主平面との間の距離として定義する。
【００６２】
図１に示す計算素子１９は、正および負の信号間の差を算出するよう構成する。この差は、光信号の主成分の振幅に比例する。主成分の振幅は、物質、すなわち、検体の濃度に関係する。振幅と濃度の関係は、線形従属関係となる場合がある。
【００６３】
図４は、光学分析システム２０の線図的な平面図を示す。光学分析システム２０は、入射光ビーム１８を受光し、計算素子１９に電子出力を供給する。光学分析システム２０は、分散光学素子として機能する格子２２、透過マスク２６、合焦素子２８および検出器３０を有する。実質的に、格子２２は、透過マスク２６との組み合わせによって、多変量光学素子として機能する（ＭＯＥ）。
【００６４】
このようにして、入射光ビーム１８のスペクトルにおける専用の構成成分は、フィルタを通過させ、任意に減衰させることができる。スペクトル変調した光ビーム１８を検出器３０に合焦することによって、物質の特定の化合物濃度を正確に決定することができる。透過マスク２６の透過パターンは、光学分析システム２０によって解析すべき各化合物に固有のスペクトル加重関数に対応する。一般的に、検出器３０には、フォトダイオードに基づく半導体が実装される。
【００６５】
本発明によれば、とくに入射光ビーム１８の完全な分光分析を行行うことなく、効果的に化合物濃度を決定することができる。本発明によれば、ＭＯＥを効率的に利用することによって、光ビーム１８の全体スペクトル２４を記録するための相当高価な電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を、低コストのフォトダイオード検出器３０で、効果的に代用できる。検出器３０によって検出される強度は、透過マスク２６によって実現される、正および／または負の回帰関数を表す。スペクトル回帰関数の正および負の部分を個別に検出することによって、化合物濃度を正確に決定できる。そのため、検出器３０を、必要な信号処理を行うために、計算素子１９に接続する。
【００６６】
光学分析システム２０は、さらに、光ビーム４６を生ずる基準光源として作用する、光源３２を有する。この光源は、原理的には、発生する光ビーム４６が、透過マスクの平面に入射する限り、光学分析システム２０における任意の位置に設置できる。好ましくは、光源３２は、基準光ビーム４６が入射光ビーム１８と全く同一の経路で伝播するように、位置決めする。好ましくは、基準光ビーム４６も格子２２に入射させ、ｘ軸方向にスペクトル分布を生ずるようにする。光学分析システム２０は、さらに、較正（キャリブレーション）ユニット４２に結合する検出器３４を有し、この較正（キャリブレーション）ユニット４２は、ｘ軸方向に沿って透過マスク２６をシフトし得るアクチュエータ４４を制御する。
【００６７】
好ましくは、透過マスク２６は、基準スペクトル４６、または、光ビーム１８のスペクトル２４のいずれかにおける、専用のスペクトル成分を少なくとも部分的に透過するための、多数のスリット３６，３８，３９に特徴がある。この場合、スリット３６は較正セグメントとして作用し、基準光ビーム４６の特定スペクトル成分を透過し得る。さらに、基準光ビーム４６が格子２２によってスペクトル分散されるとき、この特定スペクトル成分は、異なる垂直位置（すなわちｘ軸方向に沿う位置）で、透過マスク２６に入射する。そして、この特定スペクトル基準成分の位置がスリット３６の位置に適合するとき、スペクトル基準成分は、透過マスク２６を完全に透過し、検出器３４によって検出できる。この検出スペクトル成分は、つぎに、較正（キャリブレーション）ユニット４２に伝送される電気信号に変換する。
【００６８】
基準光源３２のスペクトル分布、および、基準光ビーム４６の種々のスペクトル成分に対応する強度を知ることによって、検出器３４によって検出され得る最大強度を、正確に決定できる。特定スペクトル成分における強度の推定値を測定値と比較することにより、透過マスク２６がｘ軸方向に正確に位置決めされているか否かを、高い信頼性で示す。もし、この特定スペクトル成分の透過した強度の測定値が、予測した最大強度値から外れる場合、較正ユニットは、垂直走査、すなわち、透過マスク２６のｘ軸方向に走査を行う。同時に対応する強度値を記録するよって、透過光強度の最大値に対応する透過マスク２６の、正確な位置を決定できる。
【００６９】
透過マスク２６のスリット孔３６を透過する最大強度の決定は、また、基準光源のスペクトル分布及びスペクトル強度を知らなくても行うことができる。垂直走査、すなわち透過マスク２６の位置をｘ軸方向に走査することにより、スリット孔３６を透過する強度が最大となる位置を見出すことができる。透過強度が最大となるこの位置は、このとき、分散光学素子の向きに対する透過マスクの正確な相対位置の基準を与える。
【００７０】
このようにして、複数個の異なる特定化合物用の透過マスクを、一般的に光学分析システム２０と組み合わせることができ、したがって、種々の化合物の正確な濃度決定が可能となる。様々な較正用の透過マスク２６の各々に較正セグメントを設けることによって、透過マスクの正確な位置決めが保証できる。
【００７１】
基準光源３２は、例えば、ガス放電ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ光源、または、少なくとも特定スペクトル成分の明確に規定された強度をもたらす他の光源によって実施できる。
【００７２】
図５は、透過マスク２６、および、種々の検出器３４，３１，３０の構成を斜視図的に示す。この図において、入射光ビームのスペクトル分布２４は、水平方向（ｘ）で示す。種々の検出器３０，３１，３４、ならびに透過マスク２６における種々の区域２９，２７，２５を、垂直方向、例えばｙ軸方向に配置する。残りのｚ軸方向は、光信号の伝播方向を示す。
【００７３】
透過マスク２６は、２個の透過区域２７，２９を有することを特徴とし、各透過区域は、光ビーム１８のスペクトル２４におけるそれぞれの区域に対応するスペクトル成分が、少なくとも部分的に透過できる種々のスリット３８，３９を有することを特徴とする。それゆえ、スリット３８，３９の水平位置は、スペクトル２４のスペクトル成分の波長を特定する。２個の透過区域２９，２７は、スペクトルの特定スペクトル成分を選択的に減衰するための、種々の透過セグメント３８，３９を有することを特徴とする。透過区域２７，２９の残りの部分は、ほぼ不透明なままとする。好ましくは、スリット３８，３９の水平位置は、図２Ａに示す特定化合物のラマン帯域１０４，１０６，１０８の水平方向に対応する。このようにして、特定化合物のスペクトル帯域のみが、透過マスク２６によって透過され、その後、対応する検出器３０，３１によって検出される。
【００７４】
ここで、異なる構成とした透過区域２７，２９は、スペクトル加重関数の正部分及び負部分をもたらす作用を行う。したがって、透過区域２７を透過した光は、検出器３１によって別個に検出しなければならない。また、透過区域２９を透過した光は、検出器３０によってのみ検出しなければならない。
【００７５】
好ましくは、レンズ又はレンズ系のような適切な光線指向手段を、透過マスク２６と検出器３０，３１，３４との間に介在させ、スペクトル変調したスペクトル２４を検出器３０，３１の検出域３３に合焦する。
【００７６】
透過マスク２６の上方区域２５は、較正区域として作用する。従って較正区域２５は、縦スリットとした第１および第２の較正セグメント３６，３７を有する。基準光源３２から導出する基準光ビーム（信号）４６は、較正区域２５に指向する。好ましくは、この基準光信号を、ｘ軸方向にスペクトル分光し、これにより、基準スペクトルの特性ラインが、２個のスリット３６，３７を透過する。２個のスリット３６，３７の水平位置は、基準光源３２のスペクトル成分に正確に適合させる。
【００７７】
スリット３６によって透過される基準光信号の一部４８を、第１検出器３４の第１検出域５０によって検出し、また、スリット３７によって透過される基準光信号の一部は、第２検出器３５の第２検出域５２によって、別個に検出する。代案として、検出器３４，３５の双方は、第１検出域５０および第２検出域５２を生ずる、共通検出器または検出器アレイによって実施できる。透過マスク２６を正確に位置決めした場合、基準光信号の第１スペクトル成分は、スリット３６によって完全に透過し、基準光信号の第２スペクトル成分は、スリット３７によって完全に透過する。この完全に透過した２個のスペクトル成分を、検出器３４，３５によって個別に検出し、測定される強度は、測定できる最大強度とほぼ一致する。
【００７８】
検出器３４，３５によって測定される２つの強度のいずれかが、予想最大強度から明らかに逸脱する場合は、透過マスク２６が適切に整列されておらず、光学分析システムが正確に較正されていないということをはっきりと示す。この場合、基準光信号の少なくとも２個の特性スペクトル成分のいずれか一方が、較正区域２５によって部分的に遮られている。例えば、基準光信号の特定スペクトル成分の水平位置が、スリット３６の水平位置と完全には一致しない場合である。
【００７９】
検出器３４によって測定される強度が予測最大強度に近く、検出器３５によって測定される予測最大強度から明らかに逸脱するような場合、これは、光学分析システム２０が一般的な較正上の問題を抱えることを示唆する。例えば、透過マスク２６がｚ方向に関してずれているとき、このようなケースが起こり得る。スペクトル２４は、ｚ軸方向に伝播しながらｘ軸方向に広がっているので、スペクトル２４の広がり全体は、透過区域２７，２９によって特定される透過パターンの水平幅と一致することは決してない。
【００８０】
図６は、２個の検出器３４，３５を分割検出器として実施した構成を線図的に示したものであり、各分割検出器は、水平方向における個別の分割検出セグメント５７，５８を有することを特徴とする。付加的な光整形または導光手段は、図において省略している。しかし、透過マスク２６が水平方向にシフトすると、スリット３６によって透過した基準光信号のスペクトル成分は、分割検出器３４の中央ではない部分に当たる。従って、左部または右部の分割検出器セグメント５７，５８は、より大きいまたはより小さいスペクトル成分の強度の一部を受けることになる。分割検出セグメント５７，５８によって得られた、２個の異なる強度信号を比較することによって、透過マスクを正確な位置に適合させるために、透過マスクを右または左のいずれに移行すべきかを決定することができる。
図７は、垂直方向に配置した分割検出セグメント５７，５８を特徴とする、分割検出器５４、５６を用いた、類似の実施例を示す。図６の実施例と比較すると、２個の分割検出器５４、５６は、９０°回転している。さらに、透過マスク２６の較正区域２５のスリット３６，３７は、垂直方向に対して斜めに設ける。この実施例においては、透過マスク２６の正確な水平位置から大きく外れていても検出でき、透過マスクの位置を、左右いずれかの方向に適正にシフトできる。この場合、スリット３６，３７の水平幅だけでなく、スリット３６，３７の傾斜角も、スリット３６，３７によって透過されるスペクトル域を特定する。
【００８１】
例えば、少数の専用スペクトル特性ラインのみを特徴とするネオンランプを使用することによって、スペクトルラインが分割検出器５４，５７に入射する垂直位置は、透過マスク２６の水平位置と不一致であることを直接的に表している。一般的には、基準光源の専用スペクトルラインが、分割検出セグメント５７，５８の双方で等しく検出される場合は、透過マスク２６が光学分析システムに適切に配置されていること明確に示す。図８は他の実施例を示し、この実施例にては、２個の分割検出器５４，５６を、透過マスク２６の較正区域２５において直接実装する。この場合、基準成分は、もはや較正区域２５を透過させる必要はない。そして、図５に示したように、透過した成分を適切に検出器３４、３５上に導くための付加的な合焦装置を省略できる。透過マスク２６の較正区域に検出器を組み込むことは、好ましくは、潜在的な位置不一致の方向を示す分割検出器５４，５６を用いることによって実施する。しかし、検出器３４，３５として通常のフォトダイオードを直接組み込むことも可能である。
【００８２】
図９は透過マスク２６の他の実施例を示す。ここで、較正区域２５は、垂直に配列したスリット３６，３７を特徴とし、これらスリット３６，３７は、異なる垂直位置、すなわちｙ軸方向に異なる位置をとる。このタイプの透過マスク２６は、好ましくは、順次較正モードのために用いることができる。この場合、光学分析システム２０は、さらに、矢印で示すように、透過マスク２６全体を垂直方向にシフトする手段を必要とする。透過マスク２６のこの実施例は、基準光源の機能性が、もっぱら光ビーム１８自体によって得られるとき、好適に適用できる。この場合、光ビーム１８は、強度が既知である、または強度比が既知である、少なくとも第１および第２の特定スペクトル成分を供給する。したがって、透過マスク２６の垂直に整列した区域によって特定した較正平面及び分光平面は、ほぼオーバーラップする。
【００８３】
好ましくは、図９に示す透過マスク２６は、格子２２で発生するスペクトル２４に部分的に挿入するだけである。透過マスク２６は、スリット３７だけがスペクトルによって照射されるように、光路中に挿入する。このようにして、スリット３７の水平位置に対応する基準スペクトル成分強度を分析する。その後、透過マスク２６を上方に移動する。これにより、スリット３６のみが、スペクトル２４によって照射される。同様に、第２基準スペクトル成分を分析する。これら２個の基準スペクトル成分の検出強度を分析することによって、透過マスク２６の正確な位置を決定できる。好ましくは、正しい位置の決定後、透過マスク２６は光学分析システムを正確に較正するよう適切にシフトできる。
【００８４】
この後、透過マスク２６を上方に移動し、透過区域２７が効果的にスペクトル２４のスペクトル加重を適用する。このスペクトル加重は、例えば、スペクトル加重関数の正の部分に対応させることができる。
【００８５】
つぎに、透過マスクは連続して上方に移動し、透過区域２９に関して、スペクトル２４のスペクトル加重を実施する。例えば、スペクトル加重関数の負の部分を、スペクトルに適用する。
【００８６】
スペクトル分光された光信号１８の伝播平面を通して、透過マスク２６が順次移行するので、光学分析システムにより順次の較正を行い、また、スペクトル回帰関数の正部分及び負部分を、順次記録する。
【００８７】
この実施例を用いることは、たしかに、図５〜図８に示す実施例よりやや多くの時間が必要である。しかし、透過マスク２６を順次シフトすることによって、光入力信号１８の専用スペクトル成分を、原理的に、基準信号として使用できる。このようにして、本発明による較正（キャリブレーション）機構は、専用の基準光源３２がなくても、実施できる。
【００８８】
さらに、光学分析システムが、透過区域２７，２９によって特定される正及び負のスペクトル加重関数を同時に得る、２個の別個の検出器で実行されるとき、これら２個の検出器は、また同時に、基準スリット３６，３７で透過される基準光信号を検出してもよい。これら２個の検出器を用いることにより、２個の基準光信号のスペクトル成分に基づく較正は、単一ステップで行うことができる。その後、スペクトル加重関数の正部分及び負部分を決定するために、同じ検出器を用いる。
【００８９】
原理的に、本発明は、再構成不可能な多変量光学素子を用いた光学分析システムの効率的な較正方法を提供する。とくに、試料の種々の化合物濃度は、特定化合物用に透過マスク２６を交換することによって決定することができる。好ましくは、これらの特定化合物の空間的光変調器である透過マスク２６は、別個に配置でき、また、種々の化合物に、光学分析システムを汎用的に適用することができる。透過マスク２６の正確な位置決めは、得られる結果の精度にとって非常に重要であるため、本発明による較正（キャリブレーション）機構は、位置不一致を検出および分類し、また効果的に不適正位置決めを補償する作用を行う。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】血液分析システムの実施例の線図的説明図である。
【図２Ａ】皮膚の血液から発生する光学信号のスペクトルである。
【図２Ｂ】ある溶液における１個の検体を含む試料から発生する光信号のスペクトルである。
【図３】多変量光学素子において実行されるスペクトル重み付け関数である。
【図４】光学分析システムの線図的平面図である。
【図５】空間的光変調マスク、および、対応する検出器の斜視図である。
【図６】分割検出器を使用する実施例の線図的説明図である。
【図７】分割検出器、および、傾いた較正セグメントを実装した他の実施例の線図的説明図である。
【図８】透過マスク内に実装した２個の分割検出器の説明図である。
【図９】順次的な較正モードに適用できる透過マスクの実施例の説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  基準光源
２  試料
３  二色性ミラー
１２  対物レンズ
１８  光ビーム
１９  計算素子
２０  光学分析システム
２２  格子
２４  スペクトル
２５  較正区域
２６  透過マスク
２７  透過区域
２８  合焦素子
２９  透過区域
３０  検出器
３１  検出器
３２  基準光源
３３  検出域
３４  検出器
３６  スリット
３７  スリット
３８  スリット
３９  スリット
４０  血液分析システム
４２  較正（キャリブレーション）ユニット
４４  アクチュエータ
４６  光ビーム
４８  光ビーム
５０  検出域
５２  検出域
５４  分割検出器
５６  分割検出器
５７  分割検出セグメント
５８  分割検出セグメント
１００  スペクトル
１０２  広帯域蛍光背景
１０４  ラマン帯域
１０６  ラマン帯域
１０８  ラマン帯域
１１０  合成スペクトル
１１２  グルコーススペクトル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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