專利名稱：用于輻射編碼及分析的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及輻射譜分析器和輻射圖象分析器，并且具體地，涉及輻射分析器和編碼器，其采用了按波長分散或沿直線成像的輻射的空間調(diào)制。
背景技術(shù)：
輻射光譜分析目前以幾種方法進(jìn)行。基于分散變換和傅立葉變換的分析器用于高分辨率并能夠用于許多不同的應(yīng)用，使得它們比現(xiàn)有的特定應(yīng)用儀器和程序用途更廣。雖然這些分析器提供了較好的光譜性能，但它們通常較昂貴、體積大、沉重，并且不易攜帶。對于絕大多數(shù)應(yīng)用，這些儀器提供的光譜分辨率在很大程度上是不必要的。許多分析計(jì)算通過相對較少的光譜測量即可完成。對于額外的、不必要的光學(xué)數(shù)據(jù)的處理減慢了這些儀器的速度并降低了這些儀器的光度測定精度。
相反地，用于光譜分析的非分散方法采用了輻射源，其由一個(gè)或多個(gè)帶通過濾以給特定分析函數(shù)提供輸入。這些帶通濾波器被用來選擇特征在于中心波長和帶寬的一個(gè)或多個(gè)特定光譜分量。非分散方法的一大優(yōu)點(diǎn)為對于特別的應(yīng)用，能夠單獨(dú)指定帶通濾波器的中心波長和帶寬以最優(yōu)化該儀器。但是，如果分析函數(shù)需要大量的帶通濾波器，系統(tǒng)的信噪比會(huì)降低，因?yàn)樵诮o定濾波器內(nèi)在一時(shí)序間測量的總能量與濾波器的數(shù)量成反比。而且，如果采用該方法的光譜分析器被配置用于第一應(yīng)用，為了調(diào)整該分析器以適應(yīng)第二種應(yīng)用，該裝置內(nèi)的濾波器可能不得不被替換，或者濾波器的數(shù)量可能要改變。結(jié)果，非分散方法在適用性和可以分析的光譜分量的數(shù)量方面明顯受限。
另一種光譜分析器為Hadamard光譜儀，其最好被描述為是介于分散儀器和非分散儀器之間的復(fù)合型儀器。Hadamard光譜儀包括空間輻射調(diào)制器，其包括由不透明材料制成的圓盤，其上有反射或透射輻射的狹槽，在此處這些狹槽具有相同的透射率或反射率。輻射束依據(jù)波長被分散在該圓盤上，并且這些狹槽有選擇地、以不同的半徑與軸線隔開以形成一些不同的光學(xué)通道以檢測輻射束的相應(yīng)的光譜分量。該圓盤繞著軸線旋轉(zhuǎn)，并且這些狹槽有選擇地以二元幅度調(diào)制給相應(yīng)的光譜分量編碼。被編碼的輻射束隨后被導(dǎo)入檢測器。為了將由一道狹槽透射或反射的光譜分量的強(qiáng)度與另一狹槽透射或反射的光譜分量的強(qiáng)度區(qū)分開，該圓盤通過特定數(shù)量的步驟被順序移動(dòng)，每個(gè)步驟具有開放或關(guān)閉的光學(xué)通道的二元圖，其為光譜分量的幅度定義了一組聯(lián)立方程中的一個(gè)方程。這組聯(lián)立方程被求解從而在任一特定分析函數(shù)之前得到每個(gè)通道的強(qiáng)度，這是一種耗時(shí)且容易出錯(cuò)的方法。例如，作為二元編碼方法的直接后果，沒有這樣的機(jī)械裝置如果任何一個(gè)信號電平在旋轉(zhuǎn)周期顯著變化，通過它人們可以恢復(fù)真實(shí)的信號電平。應(yīng)該注意的是如果狹槽的圖形使得在一個(gè)時(shí)刻只透射或阻擋一個(gè)光譜分量(如濾波器-輪式光度計(jì))，那么就可以簡化方程組。但是，該方法使每個(gè)光譜分量的光占空因數(shù)最優(yōu)值50％發(fā)生了變化，因此，使信噪比變差。最后，如果配置Hadamard分析器用于第一種應(yīng)用，狹槽的數(shù)量被改變以調(diào)整分析器使之適用于第二種應(yīng)用，還必須改變數(shù)據(jù)采集及解碼算法，這就嚴(yán)重地限制了該裝置的適用性。
輻射成像主要通過使用檢測器陣列和電荷耦合器件(CCD)進(jìn)行。這些技術(shù)所采用的大量數(shù)據(jù)分析涉及將圖像映射到檢測器元件的規(guī)則陣列上。如果能夠針對應(yīng)用中所測得的特定圖象配置檢測器陣列元件，將顯著減少數(shù)據(jù)分析。紅外檢測器陣列對于背景輻射，檢測器間元件漂移及1/f噪音比較敏感?；诩t外檢測器的成像系統(tǒng)通常需要較大的熱電(TE)冷卻器并且非常昂貴。由于它們的靈敏度有限，基于CCD的成像系統(tǒng)通常需要熱電冷卻器并且在低光電平應(yīng)用，如熒光成像中需要較長的暴光時(shí)間。如果用單個(gè)的、內(nèi)校準(zhǔn)的光電倍增管(PMT)代替CCD相機(jī)的像素，可以在熒光成像中實(shí)現(xiàn)顯著的性能提高。不幸的是，低成本的、基于PMT的高密度檢測器陣列并不存在。
上述各種方法都不是完全令人滿意。因此，人們希望提供改進(jìn)的光譜和圖象分析器，其中上述的缺點(diǎn)得以避免或顯著減少，并且其中編碼、數(shù)據(jù)采集及解碼既一般化又非常簡單，從而光譜或圖象分析器的細(xì)部可以由單個(gè)應(yīng)用的特定硬件元件實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供上述輻射分析器的許多優(yōu)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，獨(dú)立于帶寬調(diào)制入射輻射的強(qiáng)度，且調(diào)制信號的幅度是平滑函數(shù)，或者當(dāng)調(diào)制器繞軸線旋轉(zhuǎn)或以其它方式往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)在三個(gè)或更多的不同的對比水平之間變化。對于任意中心波長和帶寬及任意徑向強(qiáng)度分布，人們可以實(shí)施多通道正交編碼方案。以這種方式，被編碼的通道的中心波長和帶寬可針對具體應(yīng)用獨(dú)立地最優(yōu)化。上述的光學(xué)編碼方案與成像光學(xué)器件相結(jié)合，這樣，用單個(gè)的檢測器可以使來自擴(kuò)展源的輻射或從不連續(xù)樣品收集到的輻射成像。這允許人們在通道連通道的基礎(chǔ)上，獨(dú)立于帶寬來控制調(diào)制深度，這種設(shè)計(jì)策略可能對于平衡一些系統(tǒng)(這些系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)通道具有與總的入射輻射不成比例的大的部分)內(nèi)的信號電平有用。這允許人們將調(diào)制通道分組成為互補(bǔ)對，其中所得到的編碼分量的幅度和相位由入射到具有該互補(bǔ)對的兩個(gè)濾波器上的輻射的相對部分決定。以這種方式，可以直接測量強(qiáng)度差，波長導(dǎo)數(shù)和強(qiáng)度分布中心的徑向位置。這允許人們與希望采用的用于校準(zhǔn)和調(diào)整的輻射元件一起使用一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對。為了校準(zhǔn)和調(diào)整，人們還可以用專用的光源、檢測器和調(diào)制器上的一系列標(biāo)記來檢測調(diào)制器基底上的軸向擺動(dòng)、振動(dòng)或錯(cuò)排的調(diào)制器圖形。人們還可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量作為兩個(gè)或多個(gè)激勵(lì)分量的函數(shù)的多個(gè)響應(yīng)輻射分量，從而獲得快速的、緊湊的熒光、拉曼或光折射激勵(lì)/響應(yīng)分析器。有可能采用調(diào)制函數(shù)，其基于調(diào)制器旋轉(zhuǎn)的不完全周期，該調(diào)制器可用來去除不同的硬件部分、釋放微處理器資源、使外部機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)同步、測量成像輻射分量的徑向位置和強(qiáng)度，并且提高分析器的空間的或光譜的分辨率。最后，人們還可以通過使用一維超級光譜成像光學(xué)器件和單個(gè)的通道檢測器實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量單獨(dú)地選自輻射發(fā)射樣品的多個(gè)光譜分量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光譜分析器包括至少一個(gè)提供輻射的輻射源，其具有至少一個(gè)所選的光譜分量，該光譜分量具有強(qiáng)度、中心波長和帶寬。第一光學(xué)器件被用來收集、分散和聚焦輻射以在編碼平面上形成按波長沿編碼軸線分散的圖象。二維空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于編碼平面內(nèi)，這樣，編碼軸線實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器的徑向軸。調(diào)制器在始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上具有至少一個(gè)輻射濾波器，其具有實(shí)質(zhì)上限定輻射的相應(yīng)光譜分量的帶寬的徑向?qū)挾?。該濾波器實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于帶寬調(diào)制相應(yīng)光譜分量的強(qiáng)度，以提供包括至少一個(gè)編碼分量的編碼束，其中該編碼分量的幅度是平滑函數(shù)，或者當(dāng)調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在三個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平之間變化。優(yōu)選的，至少兩個(gè)濾波器具有實(shí)質(zhì)上沿方位角軸正交的調(diào)制函數(shù)。最為有選定，至少一個(gè)濾波器實(shí)質(zhì)上根據(jù)形式為sin2(mθ+pπ/4)的函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式(例如半色調(diào)表示)調(diào)制光譜分量的強(qiáng)度，其中θ為調(diào)制器繞著軸線的旋轉(zhuǎn)角，m是整數(shù)。第二光學(xué)器件被用來收集并引導(dǎo)編碼束到達(dá)檢測器上，并且計(jì)算機(jī)被用來分析檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)采用解碼算法以計(jì)算來自檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號的至少一個(gè)編碼分量的幅度。如果需要同時(shí)分析兩個(gè)或更多光譜范圍內(nèi)的輻射，可以用一些分色鏡將兩個(gè)或多個(gè)分散圖象聚焦到調(diào)制器上，并且可以用兩個(gè)或多個(gè)檢測器來檢測編碼輻射。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，用于分析來自具有至少兩個(gè)空間分量的擴(kuò)展源的輻射的圖象分析器發(fā)射、透射或反射輻射，該圖像分析器包括第一光學(xué)器件，其收集并聚焦來自擴(kuò)展源的輻射以便在編碼平面上沿編碼軸形成至少兩個(gè)相應(yīng)的圖象。擴(kuò)展源的一個(gè)實(shí)例就是發(fā)射、散射、透射或反射輻射的一組不同樣品。在這種情況下，單個(gè)的樣品沿編碼軸在編碼平面上成像，這樣，單獨(dú)的樣品在編碼平面上沿著編碼軸被聚焦。擴(kuò)展源的另一個(gè)實(shí)例為被兩個(gè)或多個(gè)帶通濾波器過濾的一個(gè)或多個(gè)輻射源。在這種情況下，從這組帶通濾波器透射(或反射)的輻射沿編碼軸在編碼平面上成像，這樣，每個(gè)帶通濾波器過濾的輻射在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)上沿著編碼軸被聚焦。擴(kuò)展源的另一個(gè)實(shí)例為與光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合在一起的輻射源(如包括一個(gè)或多個(gè)衍射、束分離、或透鏡陣列元件——或者是這些元件的不同組合)，以產(chǎn)生沿一條或多條空間軸彼此分離的多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的子圖象。二維空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于編碼平面內(nèi)，這樣編碼軸沿著徑向軸。該調(diào)制器在始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上具有至少一個(gè)輻射濾波器，用來調(diào)制相應(yīng)的空間分量的強(qiáng)度，以提供包括至少一個(gè)編碼分量的編碼束。優(yōu)選的，編碼分量的幅度是平滑函數(shù)，或者當(dāng)調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在三個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平之間變化。最優(yōu)選的，至少一個(gè)濾波器實(shí)質(zhì)上根據(jù)形式為sin2(mθ+pπ/4)的函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式(如半色調(diào)表示)調(diào)制光譜分量的強(qiáng)度，其中θ為調(diào)制器繞著軸線的旋轉(zhuǎn)角，m是整數(shù)。第二光學(xué)器件被用來收集并引導(dǎo)編碼束到達(dá)檢測器上，并且計(jì)算機(jī)被用來分析檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)采用解碼算法以計(jì)算來自檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號的至少一個(gè)編碼分量的幅度。如果需要同時(shí)分析來自兩個(gè)或更多的擴(kuò)展源的輻射，來自擴(kuò)展源的圖象可以被聚焦在調(diào)制器的不同表面上或不同徑向軸上，并且可以用一個(gè)或多個(gè)檢測器來檢測輻射。在圖象分析器的優(yōu)選實(shí)施例中，擴(kuò)展源包括一些基準(zhǔn)空間分量，并且調(diào)制器包括一些專用濾波器以便為圖象在調(diào)制器圖形上的對準(zhǔn)提供反饋。對于一些應(yīng)用，人們可能希望進(jìn)一步分析來自擴(kuò)展源的空間編碼輻射用于一個(gè)或多個(gè)光譜特性。通過在調(diào)制器和檢測器之間插入光譜分析器或其它波長濾波裝置即可實(shí)現(xiàn)。
在上述光譜和成像分析器的優(yōu)選實(shí)施例中，二維空間輻射調(diào)制器包括一系列的時(shí)序標(biāo)記并且分析器具有一些由時(shí)序標(biāo)記觸發(fā)的光學(xué)器件開關(guān)以便為解碼確定絕對旋轉(zhuǎn)角。最優(yōu)選的，時(shí)序標(biāo)記還會(huì)觸發(fā)從檢測器進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集(DAQ)和解碼算法，它反過來會(huì)實(shí)質(zhì)上放寬調(diào)制器旋轉(zhuǎn)周期的任何穩(wěn)定性需求。優(yōu)選的，分析器會(huì)具有專用的輻射源和模擬檢測器，其局部地被調(diào)制器上的時(shí)序標(biāo)記和/或其它標(biāo)記中斷，或卷軸以檢測調(diào)制器上的軸向擺動(dòng)或錯(cuò)排圖形。更為優(yōu)選的，模擬檢測產(chǎn)生的信號由計(jì)算機(jī)處理以便和一個(gè)或多個(gè)用于補(bǔ)償軸向擺動(dòng)或錯(cuò)排圖形的不良效應(yīng)的校準(zhǔn)系數(shù)一起提供給解碼算法和/或分析函數(shù)。最優(yōu)選的，模擬檢測器產(chǎn)生的信號由計(jì)算機(jī)處理以提供控制信號給一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置，從而使圖象或分散圖象集中在調(diào)制器圖形上。
在上述的光譜和成像分析器的優(yōu)選實(shí)施例中，分析器的計(jì)算機(jī)包括暫態(tài)信號算法，其檢測在調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)發(fā)生的編碼分量的幅度中的暫態(tài)值。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)分析暫態(tài)信號以確定它的諧波含量。更為優(yōu)選的，解碼算法采用諧波含量來補(bǔ)償暫態(tài)值引發(fā)的諧波干涉。優(yōu)選的，暫態(tài)信號算法包括反饋機(jī)制以提高響應(yīng)于子旋轉(zhuǎn)周期信號暫態(tài)值的檢測的馬達(dá)速度并降低響應(yīng)幅度穩(wěn)定的時(shí)間的擴(kuò)展周期的馬達(dá)速度。
本發(fā)明的另一方面并且對于上述光譜和圖象分析器有用的一方面是適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的空間輻射調(diào)制器，其用于調(diào)制入射輻射束的至少一個(gè)分量以提供編碼束。該調(diào)制器包括基底和至少一個(gè)位于始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上的輻射濾波器。該濾波器包括實(shí)質(zhì)上環(huán)繞具有與基底實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性的多個(gè)像素的環(huán)形區(qū)域。這些像素實(shí)質(zhì)上分布在該環(huán)形區(qū)內(nèi)，以主要沿方位角軸調(diào)制相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度，以便提供編碼分量，這樣，當(dāng)基底繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼分量的幅度在三個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平之間變化。優(yōu)選的，像素的密度被用來控制編碼分量的調(diào)制深度。以這種方式，當(dāng)一個(gè)分量具有與總?cè)肷漭椛洳怀杀壤牟糠謺r(shí)，兩個(gè)或多個(gè)編碼分量的幅度能夠得以平衡。
本發(fā)明的另一方面并且對于上述的光譜和圖象分析器有用的一方面是適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的二維輻射調(diào)制器，其用于調(diào)制入射輻射束的至少一個(gè)分量以提供編碼束。該調(diào)制器包括基底和至少一個(gè)位于始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上的輻射濾波器。該濾波器具有沿方位角軸實(shí)質(zhì)上連續(xù)可變的光學(xué)特性，并且這些光學(xué)特性連續(xù)變化以調(diào)制相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度，該相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度是調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角的平滑函數(shù)。
本發(fā)明的另一方面并且對于上述的光譜和圖象分析器有用的一方面是適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或者在一方向內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的二維輻射調(diào)制器。該調(diào)制器包括至少一個(gè)用于調(diào)制入射輻射束強(qiáng)度的輻射濾波器對，以提供包括至少一個(gè)編碼分量的編碼束。該濾波器對包括位于始于旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上、并且具有彼此互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)的兩個(gè)濾波器，這樣，產(chǎn)生的編碼分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例確定。以這種方式，可以直接測量入射到兩個(gè)濾波器上的輻射強(qiáng)度之差，而不是用減法來推算輻射強(qiáng)度之差，后者效率不高且易于出錯(cuò)，并且浪費(fèi)了檢測器信號的動(dòng)態(tài)范圍。優(yōu)選的，調(diào)制函數(shù)是平滑函數(shù)或是具有三個(gè)或多個(gè)不同的對比水平的平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式。優(yōu)選的，用于調(diào)制兩個(gè)不同輻射分量差的兩個(gè)濾波器對的調(diào)制函數(shù)實(shí)質(zhì)上彼此正交。
本發(fā)明的另一方面并且對于上述的光譜和圖象分析器有用的一方面是適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或者在一個(gè)方向內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的二維輻射調(diào)制器。該調(diào)制器包括至少一個(gè)用于測量入射到兩個(gè)濾波器上的輻射強(qiáng)度的差的輻射濾波器對，其包括該濾波器對和用于測量入射到兩個(gè)濾波器上的總的輻射強(qiáng)度的第三輻射濾波器。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量強(qiáng)度分布的中心的徑向位置和總強(qiáng)度。
在一些應(yīng)用中，人們可能希望實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)分量的樣品響應(yīng)。例如，一些樣品被激勵(lì)輻射改變，這樣測量的結(jié)果可能會(huì)根據(jù)一系列采用不同激勵(lì)分量的測量中最先采用的是哪個(gè)激勵(lì)分量而變化。希望實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)分量的樣品響應(yīng)的另一個(gè)實(shí)例就是在工業(yè)生產(chǎn)液流上流動(dòng)的樣品，其中樣品在測量位置的停留時(shí)間不足以依次完成激勵(lì)測量。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源提供包括兩個(gè)或多個(gè)明顯的激勵(lì)分量的激勵(lì)輻射。例如，可以采用衍射或折射光學(xué)器件以便從空間上將多線激光的光譜線分離。激勵(lì)分量(入光譜線)被實(shí)質(zhì)上依次導(dǎo)向樣品。作為對激勵(lì)輻射的響應(yīng)，樣品發(fā)射輻射響應(yīng)束，其具有至少一個(gè)響應(yīng)激勵(lì)輻射發(fā)射、透射、反射或散射的響應(yīng)分量。輻射的響應(yīng)束被收集并且圖象或分散圖象沿編碼軸在編碼平面上形成。二維空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于編碼平面內(nèi)，這樣編碼軸沿著徑向軸。該調(diào)制器在始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上具有至少一個(gè)輻射濾波器。該輻射濾波器調(diào)制相應(yīng)的響應(yīng)分量的強(qiáng)度以提供具有至少一個(gè)編碼響應(yīng)分量的編碼響應(yīng)束。優(yōu)選的，給響應(yīng)分量編碼的調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)是平滑函數(shù)或是具有三個(gè)或多個(gè)不同對比水平的平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式。編碼響應(yīng)束被收集并被導(dǎo)向檢測器，并且由計(jì)算機(jī)分析所產(chǎn)生的信號，以便作為兩個(gè)或多個(gè)激勵(lì)分量的函數(shù)計(jì)算至少一個(gè)編碼響應(yīng)分量的幅度。優(yōu)選的，用于給響應(yīng)分量編碼的調(diào)制器還被用于將激勵(lì)輻射的分量實(shí)質(zhì)上依次地引導(dǎo)至樣品。優(yōu)選的，激勵(lì)順序與編碼響應(yīng)束的數(shù)據(jù)采集是同步的，這樣，能夠從那些與其它激勵(lì)分量相對應(yīng)的響應(yīng)分量中區(qū)分與一個(gè)激勵(lì)分量相對應(yīng)的響應(yīng)分量。更為優(yōu)選的，基于時(shí)間的檢測器信號被分組成為子信號，其中每個(gè)子信號對應(yīng)于只與一個(gè)激勵(lì)分量相對應(yīng)的編碼響應(yīng)分量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，用于監(jiān)控來自至少一個(gè)輻射源的輻射的分析器包括輸入束，其具有與遠(yuǎn)輻射源對應(yīng)的至少一個(gè)輻射分量，并具有強(qiáng)度和中心波長。輸入束被收集并分散以便沿著編碼軸在編碼平面上形成至少一個(gè)圖象，其中圖象與分量相對應(yīng)。二維空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于編碼平面內(nèi)，這樣編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，這樣分量的中心波長的變化會(huì)引起相應(yīng)的圖象實(shí)質(zhì)上沿徑向軸移動(dòng)。調(diào)制器至少用于調(diào)制相應(yīng)分量的強(qiáng)度的具有一個(gè)輻射濾波器對，以便提供具有至少一個(gè)編碼分量的編碼束。濾波器對包括位于始于旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上的兩個(gè)輻射濾波器，并且具有互補(bǔ)或異相的調(diào)制函數(shù)，這樣，編碼分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例決定。優(yōu)選的，輻射濾波器包括彼此相鄰的濾波器對。優(yōu)選的，相鄰輻射濾波器之間的邊界實(shí)質(zhì)上位于對應(yīng)于輻射源的法線或理想的中心波長的半徑上。編碼束被收集并被導(dǎo)向檢測器，計(jì)算機(jī)分析檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)計(jì)算來自檢測器響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號的至少一個(gè)編碼分量的幅度和相位。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生至少一個(gè)控制信號以響應(yīng)檢測器產(chǎn)生的信號，調(diào)節(jié)至少一個(gè)輻射源的中心波長以調(diào)諧輻射源。優(yōu)選的，用實(shí)質(zhì)上正交的調(diào)制函數(shù)給至少兩個(gè)編碼分量編碼，并且計(jì)算機(jī)計(jì)算至少一個(gè)編碼分量的幅度和相位。優(yōu)選的，每個(gè)調(diào)制函數(shù)是平滑函數(shù)或是具有三個(gè)或多個(gè)不同對比水平的平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式。優(yōu)選的，該分析器具有一個(gè)或多個(gè)位于移動(dòng)臺(tái)上的光學(xué)器件，這樣圖象可以沿著調(diào)制器的徑向軸共同移動(dòng)。以這種方式，裝置可以被校準(zhǔn)，并且周期性地，源圖象可以相對調(diào)制器上的濾波器對有目的地偏移，以便測量輻射源的強(qiáng)度。更為優(yōu)選的，調(diào)制器可以被分隔成兩半，第一半包括用于監(jiān)控波長的互補(bǔ)對，而第二半包括測量強(qiáng)度的單獨(dú)的濾波器。以這種方式，分析器可以提供控制信號以穩(wěn)定源波長及測量源強(qiáng)度。通過增加與其它濾波器對正交的濾波器對，可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)輻射源。
在下文的實(shí)施例中，引導(dǎo)由輻射源提供的輻射以便沿圖象軸在平面上形成圖象。二維空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于該平面內(nèi)，這樣圖象軸實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器的編碼軸，調(diào)制器調(diào)制光譜分量的強(qiáng)度以提供具有至少兩個(gè)編碼分量的編碼束，其中編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸。調(diào)制器在始于旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上具有至少兩個(gè)輻射編碼濾波器，用于當(dāng)調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制來自源的輻射的強(qiáng)度。
在一個(gè)實(shí)施例中，輻射光譜分析器采用了雙圓錐形的光學(xué)元件來縮短調(diào)制器和檢測器之間的光學(xué)通道長度，并且/或者提高收集效率?？梢詫﹄p圓錐形的光學(xué)元件的曲率進(jìn)行選擇以便于提高收集效率。
在另一實(shí)施例中，根據(jù)調(diào)制器上的分散函數(shù)按波長使輻射分散。調(diào)制器在其上具有濾波器，其徑向位置和徑向?qū)挾仁悄骋环治鑫锏墓庾V特性和分散函數(shù)的函數(shù)?？梢苑治鲇蔀V波器調(diào)制的輻射以確定一種或更多種分析物的存在?？梢酝ㄟ^建立化學(xué)計(jì)量矩陣來設(shè)計(jì)調(diào)制器，將分析物的濃度與輻射中光譜分量的強(qiáng)度聯(lián)系起來，由化學(xué)計(jì)量矩陣推導(dǎo)出最優(yōu)化的光譜窗口，并通過分散函數(shù)將最優(yōu)化的光譜窗口轉(zhuǎn)換為調(diào)制器上相應(yīng)的最優(yōu)化環(huán)形區(qū)域或環(huán)形段。
在再一實(shí)施例中，調(diào)制器上的濾波器具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，這樣每對互補(bǔ)輻射濾波器產(chǎn)生單一的編碼校準(zhǔn)分量，其中編碼校準(zhǔn)分量的至少一個(gè)特性由入射到兩個(gè)濾波器上的束的輻射的相對強(qiáng)度決定，其中環(huán)形區(qū)域的徑向位置和徑向?qū)挾仁沁@樣的使得單一的編碼校準(zhǔn)分量的預(yù)定值在調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生。檢測一個(gè)或多個(gè)編碼校準(zhǔn)分量以測量分散圖象中已知光譜特征始于校準(zhǔn)位置沿編碼軸的位移。
在又一實(shí)施例中，調(diào)制器在始于旋轉(zhuǎn)軸的半徑上具有至少兩個(gè)輻射濾波器，其實(shí)質(zhì)上占據(jù)了公共環(huán)形區(qū)域。濾波器以不同的調(diào)制頻率調(diào)制相應(yīng)的束的輻射分量的實(shí)質(zhì)上相當(dāng)?shù)牟糠值膹?qiáng)度，以便在調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供具有至少兩個(gè)編碼校準(zhǔn)分量的編碼束，該編碼校準(zhǔn)分量具有實(shí)質(zhì)上不同的頻率。檢測編碼校準(zhǔn)分量以確定檢測系統(tǒng)的頻率相關(guān)性。
在又一實(shí)施例中，與編碼濾波器相關(guān)的輻射計(jì)包括至少兩個(gè)目標(biāo)波長濾波器，該目標(biāo)波長濾波器在光譜范圍內(nèi)具有大的光吸收率；以及至少一個(gè)基準(zhǔn)波長濾波器，每個(gè)基準(zhǔn)波長濾波器與分析物相比在光譜范圍內(nèi)具有低得多的吸收率。分開經(jīng)過濾波器的輻射被用來測量樣品，并被檢測以測量樣品的特性。
在又一實(shí)施例中，與編碼濾波器相關(guān)的輻射計(jì)用于測量具有至少一個(gè)目標(biāo)和基準(zhǔn)波長濾波器對的樣品，至少一個(gè)濾波器對中的目標(biāo)波長濾波器在光譜范圍內(nèi)具有大的光吸收率，而至少一個(gè)濾波器對中的基準(zhǔn)波長濾波器與目標(biāo)分析物相比在光譜范圍內(nèi)具有低得多的光吸收率。經(jīng)透射分開經(jīng)過目標(biāo)波長濾波器和基準(zhǔn)波長濾波器的輻射入射到被描述為繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的這種調(diào)制器上，并被檢測。在放置有樣品的光通道中這樣檢測到的輻射對于測量樣品是有用的。
在又一實(shí)施例中，采用光學(xué)器件響應(yīng)于編碼束提供的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的編碼束，使得能夠測量大或遠(yuǎn)的物體和介質(zhì)。
在又一實(shí)施例中，不同光譜范圍內(nèi)的輻射被上述類型的調(diào)制器調(diào)制，并被分開檢測。這樣的方案有助于測量多個(gè)樣品。
而另一實(shí)施例的目的是提出適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的二維空間輻射調(diào)制器，其用來調(diào)制入射輻射束的至少一個(gè)分量以便為該束編碼，該調(diào)制器包括基底和至少一個(gè)環(huán)形區(qū)域，其實(shí)質(zhì)上環(huán)繞著多個(gè)非鄰近的子區(qū)域，其具有與基底實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性，環(huán)形區(qū)域包括至少兩個(gè)環(huán)形段，每一段包含調(diào)制器的部分旋轉(zhuǎn)周期，
第一環(huán)形段中的子區(qū)域排列成圖形以形成至少一對輻射濾波器，其位于始于旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上并具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，作為對輻射束的響應(yīng)，該濾波器對產(chǎn)生第一編碼分量，其具有的特性由來自入射到至少一個(gè)濾波器對上的束的輻射的相對強(qiáng)度決定；第二環(huán)形段中的子區(qū)域排列成圖形以形成至少一個(gè)輻射濾波器，作為對束的響應(yīng)，其產(chǎn)生第二編碼分量，其具有的特性由來自入射到至少一個(gè)輻射濾波器上的束的輻射的總強(qiáng)度決定。
再一實(shí)施例采用了一種調(diào)制器，其具有至少一個(gè)環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域具有至少兩個(gè)環(huán)形段，每一段包含調(diào)制器的部分旋轉(zhuǎn)周期，其中，至少一個(gè)輻射濾波器的該段內(nèi)的子區(qū)域排列成圖形以通過導(dǎo)向調(diào)制器的周期函數(shù)調(diào)制束中相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度，從而當(dāng)調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供包括至少一個(gè)編碼分量的編碼束，該周期函數(shù)實(shí)質(zhì)上包括有效子周期(active sub-period)的諧波。調(diào)制器具有至少另一個(gè)段，其在旋轉(zhuǎn)周期的被動(dòng)子周期(passive sub-period)期間，當(dāng)與束相互作用時(shí)，實(shí)質(zhì)上呈光學(xué)被動(dòng)。
在再一實(shí)施例中，控制上述類型的調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)頻率。分析檢測調(diào)制信號的檢測器所產(chǎn)生的信號，其中分析包括為來自周期性噪音源的至少一個(gè)噪音跟蹤信號解碼。調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)頻率變化使噪音跟蹤信號的幅度最大化，并從而使周期性噪音源對特定編碼分量的解碼幅度的影響最小化。
在再一實(shí)施例中，調(diào)制器具有互補(bǔ)對，其具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，這樣，通過將輻射束引導(dǎo)至調(diào)制器而獲得的編碼束包括一分量，該分量具有的特性由入射到兩個(gè)濾波器上的來自束的輻射的相對強(qiáng)度決定。檢測編碼束，分析結(jié)果，以確定作為調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)的特性，以便測量環(huán)形段或區(qū)域相對于旋轉(zhuǎn)軸的同心性。


圖1A為用來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的多功能輻射分析器100的側(cè)視圖。
圖1B為圖1A中的分析器沿圖1A中的直線1B-1B的一部分的示意圖。
圖1C為分析器100的實(shí)施例的示意圖，其在兩個(gè)不同的光譜范圍內(nèi)為輻射編碼并分析輻射。
圖2為調(diào)制器22的實(shí)施例22A的頂視圖，其適用于圖1的分析器100，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3A為平滑調(diào)制函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式的示意圖，以說明圖2中輻射濾波器之一的一個(gè)實(shí)施例。
圖3B示出了有限數(shù)字化對于一般正交幅度波函數(shù)的影響。
圖4A示出圖1A中的分析器100的光譜分析器實(shí)施例的焦平面。
圖4B示出圖1A中的分析器100的圖象分析器實(shí)施例的焦平面。
圖5為調(diào)制器22的實(shí)施例22B的頂視圖，其適用于圖1的分析器100，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖6為調(diào)制器22的實(shí)施例22C的頂視圖，其適用于圖1的分析器100，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖7為調(diào)制器22的實(shí)施例22D的頂視圖，其適用于圖1的分析器100，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖8為調(diào)制器22的實(shí)施例22E的頂視圖，其適用于圖1的分析器100，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖9A為分析器100的示意圖，其包括位置可以移動(dòng)的折疊式反射鏡，該圖用來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖9B為分析器100的對準(zhǔn)校正和跟蹤分析器的側(cè)視圖。
圖9C為調(diào)制器22的實(shí)施例22F的頂視圖，其適用于分析器100的對準(zhǔn)校正和跟蹤分析器。
圖10A為分析器300的示意圖，其適用于當(dāng)通過兩個(gè)不同的激勵(lì)源的方式激勵(lì)時(shí)測量樣品的光學(xué)特性。
圖10B為調(diào)制器22的實(shí)施例322的頂視圖，其用于圖10A中的分析器300。
圖11A為調(diào)制器22的實(shí)施例22DZ的頂視圖，其包括基于不完全旋轉(zhuǎn)周期的諧波的輻射濾波器。
圖11B為調(diào)制器22的實(shí)施例22G的頂視圖，示出了提高目標(biāo)圖象52的編碼的空間分辨率的兩種方法。
圖12A為圖1A的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的實(shí)施例HS的第一側(cè)視圖。
圖12B為圖1A的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的實(shí)施例HS的第二側(cè)視圖。
圖12C為調(diào)制器22的實(shí)施例22HS的頂視圖，其被用于分析器100的超級光譜成像分析器實(shí)施例。
圖13A為調(diào)制器22的一種配置方法的示意圖，該方法用于分析器100的多變量化學(xué)計(jì)量分析器實(shí)施例。
圖13B為調(diào)制器22的實(shí)施例22HC，其用于分析器100的多變量化學(xué)計(jì)量分析器實(shí)施例。
圖13C示出5種碳?xì)浠衔锔髯缘耐干渥V，以及用于分析器100的多變量化學(xué)計(jì)量分析器實(shí)施例的相應(yīng)的最優(yōu)化光譜窗口。
圖14A示出了甲烷和二氧化碳的透射譜之間的關(guān)系和用于分析器100的光譜-校準(zhǔn)分析器實(shí)施例的最優(yōu)化校準(zhǔn)光譜窗口。
圖14B分別示出了獲得兩條標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)曲線，用于在3.0～4.5微米的區(qū)域內(nèi)的CH4和CO2的光譜吸收特性，并用在分析器100的光譜-校準(zhǔn)分析器實(shí)施例中。
圖14C為調(diào)制器22的實(shí)施例22SC，其用于分析器100的光譜-校準(zhǔn)分析器實(shí)施例。
圖14D示出了甲烷和二氧化碳的透射譜之間的關(guān)系和優(yōu)化校準(zhǔn)光譜窗口TSC.1至TSC.4，其用于分析器100的光譜-校準(zhǔn)分析器實(shí)施例。
圖15為圖1A的調(diào)制器22的實(shí)施例22FD的頂視圖，該實(shí)施例與檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)性補(bǔ)償分析器一起使用。
圖16A為圖1的后編碼器光學(xué)器件36B的實(shí)施例SP1(短通道，后編碼器光學(xué)器件)。
圖16B為圖1的后編碼器光學(xué)器件36B的實(shí)施例SP1(短通道，后編碼器光學(xué)器件)的編碼分量收集效率圖。
圖16C為圖1的后編碼器光學(xué)器件36B的實(shí)施例SP1(短通道)的側(cè)視圖。
圖16D為圖1的后編碼器光學(xué)器件36B的實(shí)施例SP2(短通道)的側(cè)視圖。
圖17A為輻射分析器100的編碼濾波器-光度計(jì)分析器實(shí)施例的頂視圖。
圖17B為輻射分析器100的編碼濾波器-光度計(jì)分析器實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖18為輻射分析器100的鎖相噪音抑制分析器實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖19A為輻射分析器100的圖形同心性分析器實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖19B為與圖形同心性分析器一起使用的調(diào)制器22的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。
為了更容易參照，下文中在各圖中的特別的元件或系統(tǒng)的示例中所描述的實(shí)施例通常被給予復(fù)合的符號，例如本文中各圖中的元件的帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字，以及帶有字母的數(shù)字。例如，100.1為下文中分析器100的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例中的數(shù)字，其中該實(shí)施例與分析器100的另一實(shí)施例100.2不同。36A(HS)是預(yù)編碼器光學(xué)器件36的實(shí)施例。如果實(shí)施例包括多個(gè)元件，復(fù)合的符號包括圖1A或本文的其它圖中的元件的數(shù)字，其帶有小數(shù)點(diǎn)和表示該元件的實(shí)施例的第一數(shù)字或字母，然后再帶一個(gè)小數(shù)點(diǎn)和用來表示該實(shí)施例的特定元件的第二數(shù)字。例如，在實(shí)例1中，36B1.1和36B1.2分別表示圖1A或本文的其它圖中的后編碼器光學(xué)器件36B的第一和第二元件。為了簡化附圖，這些復(fù)合符號并未在圖1A中或本文的其它圖中示出。實(shí)例中介紹的附加元件被給予獨(dú)特的符號。
具體實(shí)施例方式
由于本發(fā)明可以配置為光譜分析器、圖象分析器，或超級光譜圖象分析器，對于下文描述中所用的某些術(shù)語和短語進(jìn)行歸納是比較方便的。在下文對本發(fā)明的描述中，為了簡短，我們會(huì)采用下列多功能符號1.輻射源輻射源具有光譜分量，輻射源具有空間分量，或輻射源既具有光譜分量又具有空間分量。輻射源可以是一個(gè)樣品或一組樣品，作為對一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)和/或檢測輻射的響應(yīng)，其發(fā)射、散射、透射或反射輻射。
2.輻射分量來自具有光譜信息的輻射源的輻射的一部分，來自具有空間信息的輻射源的輻射的一部分，或者來自同時(shí)具有光譜信息和空間信息的輻射源的輻射的一部分。
3.預(yù)編碼器光學(xué)器件在調(diào)制器表面上形成一個(gè)或多個(gè)圖象，或形成一個(gè)或多個(gè)分散圖象的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件。預(yù)編碼器光學(xué)器件可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)纖維、波導(dǎo)或光管，用于將來自一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程源的輻射與分析器耦合。預(yù)編碼器光學(xué)器件可以包括一個(gè)或多個(gè)開放通道和一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程反射鏡。預(yù)編碼器光學(xué)器件可以包括顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡光學(xué)器件。
4.后編碼器光學(xué)器件一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，其收集來自調(diào)制器的編碼輻射，并引導(dǎo)和聚焦編碼束到達(dá)一個(gè)或多個(gè)輻射檢測器上。后編碼器光學(xué)器件包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)纖維、波導(dǎo)或光管，用于將來自裝置的編碼輻射與一個(gè)或多個(gè)取樣臺(tái)耦合。后編碼器光學(xué)器件可以包括一個(gè)或多個(gè)開放通道和一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程反射鏡。后編碼器光學(xué)器件可以包括顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡光學(xué)器件。
5.目標(biāo)圖象具有兩個(gè)或多個(gè)輻射分量的圖象，這些分量沿編碼軸彼此實(shí)質(zhì)上分開。目標(biāo)圖象的寬度為與編碼軸垂直的空間長度。
6.成像收集并聚焦源輻射以形成一個(gè)或多個(gè)圖象，一個(gè)或多個(gè)超級光譜圖象；或者收集、分散并聚焦源輻射以形成一個(gè)或多個(gè)沿公共軸分散的圖象。
7.對準(zhǔn)分量預(yù)期的或設(shè)計(jì)的輻射分量，其和專用的濾波器和/或互補(bǔ)濾波器對一起使用，用來校正調(diào)制器圖形上的目標(biāo)圖象的對準(zhǔn)。
8.檢測器一個(gè)或多個(gè)輻射檢測器及相關(guān)聯(lián)的電子裝置。相關(guān)聯(lián)的電子裝置可以包括偏壓電子裝置，可編程增益，以及一個(gè)或多個(gè)模擬濾波器網(wǎng)絡(luò)(如抗混淆濾波器)。
9.樣品可以是任意的固體、液體或氣體，如吸收、透射或散射(如反射，Raman散射，Raleigh散射)入射輻射的一種或幾種氣體、液體和/或固體。作為對激勵(lì)輻射的一個(gè)或多個(gè)分量的響應(yīng)，樣品可以發(fā)射一個(gè)或幾個(gè)響應(yīng)輻射分量。樣品可以被裝在容器或單元內(nèi)，或者也可以是無限制的(如大氣)。
輻射分析器/編碼器100圖1A為多功能輻射分析器100(其可以配置為光譜分析器、圖象分析器、超級光譜成像分析器或激勵(lì)或探測輻射的編碼源)的側(cè)視圖，為說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過空間改變旋轉(zhuǎn)空間輻射調(diào)制器的反射特性實(shí)現(xiàn)其中所選光譜或空間分量的編碼。如圖1A所示，分析器100包括空間輻射調(diào)制器22，其包括在調(diào)制器基底23的表面上形成的模板21，用來給來自源24的輻射編碼，源24可以是寬帶的或含有光譜信息的多波長的輻射源、含有空間信息的擴(kuò)展輻射源，或者它們的任意組合。來自源24的輸入輻射束54適宜穿過入口狹縫32，到達(dá)折疊式反射鏡34，其將輻射反射到預(yù)編碼器光學(xué)器件36A，其使輸入的輻射成像，在調(diào)制器22上形成目標(biāo)圖象52，這樣，52的輻射分量被實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器22的徑向軸聚焦在不同點(diǎn)。如果需要實(shí)質(zhì)上同時(shí)地給多個(gè)目標(biāo)圖象編碼，可以采用附加的光學(xué)元件(未示出)，以便將兩個(gè)或多個(gè)目標(biāo)圖象聚焦在調(diào)制器22上，并收集和引導(dǎo)編碼束到達(dá)一個(gè)或多個(gè)輻射檢測器上。
調(diào)制器基底23在電動(dòng)軸42上繞旋轉(zhuǎn)軸40在編碼平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，調(diào)制器22包括時(shí)序子模板和/或位置標(biāo)記，其中斷下文所述的用于時(shí)序或?qū)?zhǔn)的光學(xué)開關(guān)。優(yōu)選的，該子模板包括位于不同半徑的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的至少兩套標(biāo)記，一套標(biāo)記的角度間隔是規(guī)則的，而另一套標(biāo)記的角度間隔是不規(guī)則的。在這種方法中，調(diào)制器的準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)角可以由計(jì)算機(jī)28確定，用于解碼。調(diào)制器22在始于旋轉(zhuǎn)軸40的半徑上具有至少一個(gè)輻射濾波器，其對相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制(或編碼)，以提供具有至少一個(gè)編碼分量56的編碼束(如56.1)，其中編碼分量的幅度是平滑函數(shù)，或者當(dāng)調(diào)制器繞軸線40旋轉(zhuǎn)時(shí)在三個(gè)或更多的不同的對比水平之間變化。為了便于描述，調(diào)制器22上的空間輻射濾波器被稱作反射輻射，應(yīng)當(dāng)了解的是在本文中的每個(gè)實(shí)施例中采用的空間輻射濾波器透射而不是反射輻射，這些變化屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。編碼輻射束56(圖1示出由調(diào)制器22反射)被后編碼器光學(xué)器件36B向折疊式反射鏡34收集、引導(dǎo)并聚焦，折疊式反射鏡34向著出口狹縫44將編碼束56反射到檢測器26上。優(yōu)選的，編碼分量(如56.1和56.2)實(shí)質(zhì)上在檢測器26的表面上彼此重疊。檢測器26檢測編碼束中不同編碼輻射分量的總強(qiáng)度，將檢測器輸出27提供給計(jì)算機(jī)28。
如圖1A所示，在分析器100的許多實(shí)施例中，樣品38被插入光通道，介于源24和檢測器26之間。在一些實(shí)施例中，樣品38是裝有樣品氣體或液體的樣品單元。在一些實(shí)施例中，樣品單元38具有一種或多種吸收介質(zhì)37，其隨時(shí)間收集被吸收的分析物?？梢酝ㄟ^加熱器39增加吸收介質(zhì)37，其加熱吸收介質(zhì)37以使一種或多種被吸收的分析物釋放。如果通過加熱器39從吸收介質(zhì)37中釋放出的分析物被限制在樣品單元38內(nèi)，樣品單元38內(nèi)的分析物濃度增大。下文將介紹樣品38、吸收介質(zhì)37和加熱器39的實(shí)例。
作為一種方案，分析器100包括遠(yuǎn)程檢測器RD26和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RD28用于下文所述的應(yīng)用。遠(yuǎn)程檢測器RD26和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RD28分別與檢測器26和計(jì)算機(jī)28相似，但被安裝在一個(gè)或多個(gè)較遠(yuǎn)的位置。
為了清楚，選擇圖1A中的光學(xué)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗哂猩倭康墓鈱W(xué)分量。例如，如圖1A所示，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A和后編碼器光學(xué)器件36B被一起裝入單一的光學(xué)元件。在本文的各個(gè)實(shí)施例中，還可以用另一光學(xué)結(jié)構(gòu)，其涉及分開的，和更多的精細(xì)的光學(xué)系統(tǒng)以收集輸入輻射和將其聚焦到調(diào)制器22上，并且收集和聚焦來自調(diào)制器22的編碼束到檢測器26上，這些變化屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在激勵(lì)輻射發(fā)射或輻射散射樣品的分析器100的實(shí)施例中，第二后編碼器光學(xué)器件(如36B被36B.1和36B.2代替，在圖1中未示出)可能有用。例如，36B.1被用來收集編碼的激勵(lì)輻射并引導(dǎo)編碼激勵(lì)束到達(dá)一個(gè)或多個(gè)樣品上。作為對激勵(lì)輻射的響應(yīng)，樣品發(fā)射或散射一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)輻射分量，而36B.2被用來收集來自被激勵(lì)的樣品的編碼響應(yīng)輻射，并引導(dǎo)編碼響應(yīng)束到達(dá)檢測器26上。這樣的和其它的變化屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
優(yōu)選的，對于減小裝置的尺寸，將光學(xué)分量限制在一個(gè)或多個(gè)平行于調(diào)制器22的平面內(nèi)的附加的光學(xué)元件(如折疊式反射鏡)可能有用。優(yōu)選的，本發(fā)明的光學(xué)元件實(shí)質(zhì)上被安裝在兩個(gè)與所述的調(diào)制器實(shí)質(zhì)上平行的平面內(nèi)。在這種方法中，安裝和光學(xué)校準(zhǔn)過程得以簡化。優(yōu)選的，在兩個(gè)平面中的每一個(gè)平面內(nèi)，單個(gè)的光學(xué)元件被安裝在單一的單塊光學(xué)器件內(nèi)(如通過注射成型)，以進(jìn)一步簡化校準(zhǔn)過程并降低成本。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，檢測器26可以由光學(xué)纖維束和包括檢測器RD26和計(jì)算機(jī)RC28的一些遠(yuǎn)程采樣站代替。以這種方式，通過用光學(xué)纖維或其它合適的方法將編碼束傳送到遠(yuǎn)程測量點(diǎn)，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地進(jìn)行一些遠(yuǎn)程測量。優(yōu)選的，由下文所述的光學(xué)開關(guān)產(chǎn)生的時(shí)序信號沿著編碼束發(fā)出，這樣，可以正確地分析在遠(yuǎn)距離位置所采集的數(shù)據(jù)。
圖1B為圖1A中沿箭頭1B-1B所示的入口和出口狹縫32，34的示意圖。圖1A還示出了xyz軸，這樣沿箭頭1B-1B的視圖是沿著負(fù)x軸方向的。在源和入口狹縫之間或在出口狹縫44和檢測器26之間可以放置樣品和/或光學(xué)纖維(未示出)，以便分析。
計(jì)算機(jī)28分別包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器28.adc，子信號分離器算法28.sss(如下文所述)，解碼算法28.dec，特定應(yīng)用分析函數(shù)28.asf，以及模擬和數(shù)字輸出28.dac和28.dig。優(yōu)選的，檢測器模擬輸出由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)28.adc采樣，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)28.adc由具有輻射源78a和光檢測器79a的第一光學(xué)開關(guān)70觸發(fā)。具有輻射源78b和光檢測器79b的第二光學(xué)開關(guān)將0度的基準(zhǔn)提供給計(jì)算機(jī)，以便使輸出28.adc與解碼算法同步。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)的模擬輸出被用于到現(xiàn)有的分析裝置接口協(xié)議的接口。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28的數(shù)字輸出包括與互聯(lián)網(wǎng)，局域網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)的連接，這樣，可以從中心位置監(jiān)控一些遠(yuǎn)程裝置。正如下文所要描述的，如本發(fā)明所介紹的一樣，調(diào)制器22之上或之內(nèi)的濾波器是這樣的保留了最優(yōu)的50％占空因數(shù)，并且計(jì)算機(jī)28能夠確定每個(gè)被調(diào)制器22編碼的輻射分量的幅度，而不必解方程組來求出目標(biāo)圖象52中的任意徑向輻射強(qiáng)度分布。
計(jì)算機(jī)28還包括一套實(shí)用算法28.ut1，其包括馬達(dá)控制算法(MCA)，電動(dòng)步驟控制(MSC)，暫態(tài)信號算法(TSA)，對準(zhǔn)校正算法(ACA)，對準(zhǔn)跟蹤算法(ATA)，頻率補(bǔ)償算法(FCA)，噪音搜索算法(NSA)，噪音相位鎖定算法(NPL)和圖形同心性分析(PCA)。下文對這些算法進(jìn)行了描述。
如圖1A所示，包括輻射源78c和光檢測器79c的對準(zhǔn)探頭72是這樣安裝的由78c發(fā)射并由79c收集的對準(zhǔn)束被調(diào)制器22上的時(shí)序標(biāo)記和/或附加的位置標(biāo)記局部地中斷。優(yōu)選的，這樣安置對準(zhǔn)束間隔角規(guī)則的標(biāo)記大致遮掩了對準(zhǔn)束的一半，而間隔角不規(guī)則的標(biāo)記大致遮掩了對準(zhǔn)束的另一半。更為優(yōu)選的，對準(zhǔn)束實(shí)質(zhì)上被集中在一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對上(如下文所述)，這樣，由光檢測器79c產(chǎn)生的信號的大小和相位直接與調(diào)制器圖形相對于旋轉(zhuǎn)軸40的同心性相關(guān)。最優(yōu)選的，光檢測器79c的大小和相位被用作制造過程中的反饋，以便正確地將調(diào)制器22對準(zhǔn)在電動(dòng)軸42上。對準(zhǔn)探頭72的模擬輸出由對準(zhǔn)跟蹤算法分析，以便測量輻射濾波器相對于旋轉(zhuǎn)軸的絕對位置的誤差。這種位置誤差可能來自調(diào)制器的制作過程(如調(diào)制器圖形偏離了中心被印刷在基底上，導(dǎo)致周期誤差)，也可能來自軸的擺動(dòng)(導(dǎo)致動(dòng)態(tài)的，周期的或非周期的誤差)，或來自基底的熱膨脹(導(dǎo)致靜態(tài)的徑向誤差)。優(yōu)選的，對準(zhǔn)跟蹤算法的輸出被用作特定應(yīng)用分析函數(shù)28.asf的輸入，用來補(bǔ)償輻射濾波器相對于旋轉(zhuǎn)軸的絕對位置的誤差的影響。更為優(yōu)選的，對準(zhǔn)跟蹤算法的輸出被用于對準(zhǔn)校正和跟蹤分析器(如圖9B所示)，其動(dòng)態(tài)地定位一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，以便在基底23繞軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，保持目標(biāo)圖象52準(zhǔn)確對準(zhǔn)在調(diào)制器22上。
在一些應(yīng)用中，分析兩個(gè)或多個(gè)的不同的光譜范圍內(nèi)的輻射是有用的。例如，在分析化學(xué)組成時(shí)，通過觀察兩個(gè)或多個(gè)不同的光譜范圍內(nèi)的一些光譜特征，可以提高確切性(或辨別力)。不同的光譜范圍的實(shí)例包括多個(gè)光譜范圍，其中最優(yōu)化第一檢測器類型(如PbSe)以進(jìn)行第一光譜范圍(如3～5微米)內(nèi)的輻射檢測；最優(yōu)化第二類型檢測器類型(如HgCdTe)以進(jìn)行第二光譜范圍(如8～12微米)內(nèi)的輻射檢測。其它不同的光譜范圍的實(shí)例包括多個(gè)光譜范圍，其受到一種或多種干擾氣體或蒸氣(或液體)的干擾，這些干擾能夠不可預(yù)測地影響光譜測量的精度。周圍的二氧化碳(CO2)就是一個(gè)著名的相關(guān)的例子。
圖1C為分析器100的實(shí)施例的示意圖，其對兩個(gè)不同的光譜范圍內(nèi)的輻射進(jìn)行編碼和分析。輻射源24.SR1提供第一光譜范圍內(nèi)的輻射。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.SR1收集來自源24.SR1的輻射54.SR1，并在調(diào)制器22的第一表面上形成目標(biāo)圖象52.SR1。后編碼器光學(xué)器件36B.SR1收集并引導(dǎo)編碼束56.SR1到達(dá)檢測器26.SR1上，該檢測器26.SR1提供信號27.SR1作為56.SR1的響應(yīng)。檢測器信號27.SR1由28.adc.1采樣并由28.dec.1解碼。以一種相似的方式，輻射源24.SR2提供第二光譜范圍內(nèi)的輻射。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.SR2收集來自源24.SR2的輻射，并在調(diào)制器22的第二表面上形成目標(biāo)圖象52.SR2。后編碼器光學(xué)器件36B.SR2收集并引導(dǎo)編碼束56.SR2到達(dá)檢測器26.SR2上，該檢測器26.SR2提供信號27.SR2作為56.SR2的響應(yīng)。檢測器信號27.SR2由28.adc.2采樣并由28.dec.2解碼。來自56.SR1和56.SR2的被解碼的分量被用作28.utl和28.asf的輸入。
如圖1C所示，樣品36.SR1由第一光譜范圍內(nèi)的編碼輻射探測，樣品36.SR2由第二光譜范圍內(nèi)的編碼輻射探測。在一些情況下，用兩個(gè)光譜范圍內(nèi)的輻射檢測同一個(gè)樣品可能有用。這樣的和其它的變化屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖2為其上具有四個(gè)不同的輻射強(qiáng)度濾波器的輻射調(diào)制器的頂視圖，用于對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。如圖2所示，調(diào)制器22A包括四個(gè)輻射濾波器50a、50b、50c和50d。這些濾波器可以在非反射性基底的頂部形成輻射反射材料的成形層，或者在反射性基底的頂部形成非反射性材料的成形層；作為選擇的，這些濾波器可以在不透明的基底內(nèi)形成成形輻射透射區(qū)，或者在透射性基底上形成不透明材料的成形層。為了便于描述，輻射強(qiáng)度濾波器被描述為反射輻射，應(yīng)該了解的是在本文中每個(gè)實(shí)施例代替采用的輻射強(qiáng)度濾波器透射而不是反射輻射或引入相位差，這些變化屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在調(diào)制器22A中，四個(gè)輻射濾波器50a、50b、50c和50d沿徑向軸以不規(guī)則的間隔集中，并具有不同的徑向?qū)挾取Ｔ趦?yōu)選實(shí)施例中，輻射濾波器的徑向位置、徑向?qū)挾群驼{(diào)制深度都相對于特殊的分析函數(shù)28.asf單獨(dú)作了最優(yōu)化。調(diào)制器22A還包括在規(guī)則間隔角60的一些時(shí)序標(biāo)記和在不規(guī)則間隔角61的一個(gè)或多個(gè)時(shí)序標(biāo)記。
優(yōu)選的，時(shí)序標(biāo)記是反射性的并且源78a、78b和78c以及光檢測器79a、79b和79c都位于調(diào)制器的同一側(cè)。通過這種方式，源78a、78b和78c以及光檢測器79a、79b和79c可以安裝在同一個(gè)PC板上。作為選擇的，基底對于時(shí)序束是透射性的，并且時(shí)序標(biāo)記遮擋了時(shí)序束，或者基底對于時(shí)序信號是不透明的并且時(shí)序標(biāo)記被研磨或刻蝕穿過基底。因此，光檢測器79b的輸出可以通過連接提供給計(jì)算機(jī)28，從而標(biāo)記零旋轉(zhuǎn)角標(biāo)記61，并且79a可以通過連接提供，以標(biāo)記每個(gè)時(shí)序標(biāo)記60的通道實(shí)例。這些實(shí)例可以被計(jì)算機(jī)28用于在調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)對來自檢測器26的輸出進(jìn)行相位敏感采樣。
更為優(yōu)選的，時(shí)序標(biāo)記60和61以及光學(xué)開關(guān)70和71由市售的增量旋轉(zhuǎn)編碼器(IRE)代替，其沿旋轉(zhuǎn)軸40與調(diào)制器22同軸安裝。下文將描述來自IRE的信號與調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)的同步。
輻射強(qiáng)度濾波器在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的輻射濾波器具有調(diào)制函數(shù)，其為函數(shù)sin2(mθ+pπ/4)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式(如半色調(diào)表示)，其中m是整數(shù)。例如，濾波器50a為調(diào)制函數(shù)sin2(3θ)的數(shù)字化近似，濾波器50b為調(diào)制函數(shù)sin2(5θ)的數(shù)字化近似，濾波器50c為調(diào)制函數(shù)sin2(7θ)的數(shù)字化近似，濾波器50d為調(diào)制函數(shù)sin2(9θ)的數(shù)字化近似。如圖2所示，每個(gè)輻射濾波器50a～50d的反射率或透射率作為調(diào)制器22A繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角θ的不同函數(shù)變化。對于任一給定的調(diào)制器22A相對于目標(biāo)圖象50的旋轉(zhuǎn)角，調(diào)制輻射的幅度由非鄰近的輻射濾波器所反射(或透射)的輻射部分給定。當(dāng)調(diào)制器22A繞軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，輻射分量52a被聚焦到輻射濾波器50a的不同部分。因此，當(dāng)調(diào)制器22A旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過輻射濾波器50a的與角相關(guān)的反射率，編碼輻射分量52a。
如圖2所示，有效區(qū)域53a包括目標(biāo)圖象52和環(huán)繞輻射濾波器50a的環(huán)形區(qū)域的重疊部分。(反射的或透射的)編碼分量56a的相對強(qiáng)度由53a內(nèi)50a的非鄰近區(qū)域的面積和與53a的總面積的比率給定(由輻射分量52a的強(qiáng)度分布適當(dāng)加權(quán))。如果50a沿方位角軸Θ的最小的非鄰近區(qū)域，比特區(qū)域(如像素或點(diǎn))的寬度等于或小于目標(biāo)圖象沿方位角軸的寬度的一半，當(dāng)0，1或2個(gè)相鄰的比特區(qū)域(形成面積兩倍于比特區(qū)域的第二非鄰近區(qū)域)在目標(biāo)圖象52下移動(dòng)時(shí)，入射輻射的強(qiáng)度可以以三個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平調(diào)制。這與兩比特半色調(diào)技術(shù)相似，其具有的反射率(或透射率)值為{0，0.5，1}。通過利用寬度比目標(biāo)圖象寬度更小的非鄰近區(qū)域，可以增加實(shí)質(zhì)上不同的對比水平的數(shù)量。
如圖2所示，調(diào)制器22A的輻射強(qiáng)度濾波器50a～50d類似沿方位角軸同中心的條碼，當(dāng)調(diào)制器22繞軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，其被單獨(dú)設(shè)計(jì)以為目標(biāo)圖象52的一部分編碼，作為sin2(mθ)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式(如半色調(diào)表示)。輻射濾波器50a～50d具有光學(xué)特性與基底23實(shí)質(zhì)上不同的多個(gè)非鄰近區(qū)域，包括一些沿方位角軸的寬度小于目標(biāo)圖象52的、沿方位角軸Θ延伸的空間長度。如圖2所示，包括本發(fā)明的輻射濾波器的非鄰近區(qū)域的總數(shù)大于在復(fù)制的平滑函數(shù)中的局部最大值的個(gè)數(shù)。例如，在{0，2π}的范圍內(nèi)，函數(shù)sin2(mθ)具有2m個(gè)局部最大值(即當(dāng)sin2(mθ)＝1時(shí))，而本發(fā)明的最佳模式的輻射濾波器具有最少4m個(gè)有至少兩個(gè)不同尺寸、有至少兩個(gè)不同區(qū)域間隔的非鄰近區(qū)域，以便在相同的間隔內(nèi)提供sin2(mθ)的半色調(diào)表示。對比水平的數(shù)量或灰度級實(shí)質(zhì)上等于1加上目標(biāo)圖象的寬度與最小非鄰近區(qū)域(如所選光刻術(shù)的最小特征尺寸)沿方位角軸Θ的寬度的比值。
調(diào)制器22A上的濾波器的調(diào)制函數(shù)可以沿徑向和方位角方向變化。在圖2的實(shí)施例中，濾波器50a～50d的調(diào)制函數(shù)只在方位角方向內(nèi)變化，不在徑向內(nèi)變化。濾波器50a～50d中的每一個(gè)占據(jù)了一個(gè)徑向?qū)挾葘?shí)質(zhì)上不變的二維的環(huán)形區(qū)域。圖2所示的輻射濾波器沿編碼通道的徑向?qū)挾染鶆虻卣{(diào)制入射輻射的強(qiáng)度。因此，由絕對徑向強(qiáng)度分布產(chǎn)生的調(diào)制波形扭曲在本發(fā)明中不會(huì)出現(xiàn)。如果目標(biāo)圖象52是分散圖象，由濾波器50a～50d編碼的光譜分量的強(qiáng)度被調(diào)制，而不受帶寬的影響。如果目標(biāo)圖象52是擴(kuò)展源的圖象，由濾波器50a～50d編碼的光譜分量被沿著擴(kuò)展源的軸(其沿著調(diào)制器22的徑向軸延伸)的方向調(diào)制，而不受空間分辨率(或視場)的影響。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，50a～50d中所示的類似“條碼”的結(jié)構(gòu)連續(xù)延伸穿過輻射濾波器的徑向?qū)挾?，將其中斷以控制調(diào)制深度和/或增加可用的不同對比水平的數(shù)量。對于在通道連通道的基礎(chǔ)上不受帶寬(或視場/照明區(qū)域)的影響改善正交狀態(tài)或控制調(diào)制深度，該實(shí)施例可以是有用的，這對于在一個(gè)或多個(gè)通道具有與總的入射輻射不成比例的大的部分的系統(tǒng)中平衡信號電平是有益的。優(yōu)選的，輻射濾波器中連續(xù)的類似“條碼”的結(jié)構(gòu)被以類似“西洋跳棋盤”的圖形中斷，以控制調(diào)制深度和/或增加可得到的對比水平的數(shù)量，同時(shí)實(shí)質(zhì)上消除由任意徑向(和/或方位角)強(qiáng)度分布導(dǎo)致的(編碼分量的)波形扭曲。
在優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)制器22A上的輻射濾波器50a～50d包括實(shí)質(zhì)上環(huán)繞光學(xué)特性與基底實(shí)質(zhì)上不同的多個(gè)像素的環(huán)形區(qū)域。這些像素實(shí)質(zhì)上在該環(huán)形區(qū)域內(nèi)成形，以便主要沿方位角軸調(diào)制相應(yīng)分量的強(qiáng)度，從而提供編碼分量，其中，當(dāng)基底繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼分量的幅度在三個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平之間變化。并不采用上述的低反射率或透射率的基底和高反射率材料的成形層，(或在不透明基底上形成成形透射區(qū))，可以用另一種方式構(gòu)造輻射濾波器。這樣可以采用反射率或透射率適中的基底。那么在濾波器中需要高反射率或透射率的區(qū)域內(nèi)，形成了具有這種特點(diǎn)的區(qū)域(通過沉積反射層或形成透射區(qū))，并且可以在濾波器需要這種特點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)沉積低反射率或不透明的材料層。
并不采用交替的高的和低的反射率或透射率的模式，還有可能用實(shí)質(zhì)上正交的調(diào)制函數(shù)構(gòu)建調(diào)制器，這些函數(shù)并未數(shù)字化而實(shí)際上是“模擬”的。因此，中性濾光片可以用于該目的，其中，通過將輻射反射材料濺射到非反射性的或透明的基底上形成濾波器。根據(jù)所濺射的材料的厚度(或者一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體基底層中的摻雜濃度，如Si，Ge，GaAS)，可以控制透射或反射的量，從而獲得實(shí)質(zhì)上連續(xù)并且平滑的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)。在該實(shí)施例中，輻射濾波器具有沿方位角軸實(shí)質(zhì)上連續(xù)可變的光學(xué)特性，并且該光學(xué)特性連續(xù)變化以調(diào)制相應(yīng)分量的強(qiáng)度作為調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角的實(shí)質(zhì)上的平滑函數(shù)。
圖3A示出了sin2(mθ+pπ/4)函數(shù)的可能的數(shù)字化近似51，其中的m＝1，p＝0，該圖是通過用20個(gè)對比水平或灰度級將sin2(θ)向上或向下彎曲得到的。還示出了具有三個(gè)灰度級水平的sin2(θ)的數(shù)字化近似，51x?？偟膩碚f，灰度級水平越多，數(shù)字化近似就越接近理想的調(diào)制函數(shù)sin2(θ)，其用虛線50’示出。顯然，理想函數(shù)50’的其它數(shù)字化近似可以被采用并屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。當(dāng)不必解方程組即有可能區(qū)分不同編碼分量對檢測器信號的貢獻(xiàn)時(shí)，數(shù)字化近似就是足夠的，并且可以包括少而有限的數(shù)量的修正以補(bǔ)償數(shù)字化的影響。
圖3B示出了有限數(shù)字化對垂直正交的幅度波函數(shù)sin2(mθ+pπ/4)的影響。數(shù)據(jù)點(diǎn)從25通道的系統(tǒng)得到，其中，p＝0，且m＝1-25。通過將25個(gè)幅度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，第一次給幅度解碼，并隨后改變單個(gè)通道的幅度并第二次給幅度解碼，得以確定幅度差。平均輸出誤差由第一和第二解碼幅度的和除以通道的個(gè)數(shù)求出。在該圖中，50E.1，50E.2和50E.3為改變基頻m＝1，第一諧波，m＝2，和第二諧波，m＝3的幅度，改變范圍為+/-100％時(shí)所產(chǎn)生的誤差。改變m＝11的諧波的幅度的誤差也由50E.11示出。該圖清楚地說明了有限數(shù)字化對調(diào)制波函數(shù)的正交性的影響。低端應(yīng)用可能只需要3～10個(gè)對比水平即可滿足給定的精度要求，但高端系統(tǒng)，其性能的優(yōu)越取決于光度計(jì)的精度，可能需要100或更多的對比水平。對于要求最高的應(yīng)用，下文所述的第一級修正可以被用來針對干擾修正解碼幅度。
如上所述，本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)來自于這樣的事實(shí)有可能選擇保持最優(yōu)50％的占空因數(shù)的濾波器調(diào)制函數(shù)并且為檢測器解碼以獲得兩個(gè)或更多編碼分量的各個(gè)幅度而不必解方程組。對于許多應(yīng)用，當(dāng)調(diào)制函數(shù)大致正交時(shí)，這是有可能的。對于一些需要非常高精度的應(yīng)用，如下所述確定實(shí)質(zhì)上的正交性是有益的。在實(shí)施下文所述的第一級幅度修正之后，當(dāng)100％地改變第一(第二)編碼分量的幅度導(dǎo)致100中少于一部分的第二(第一)分量的解碼幅度的誤差時(shí)，兩個(gè)輻射濾波器的調(diào)制函數(shù)可以被認(rèn)為是實(shí)質(zhì)上彼此正交的。
目標(biāo)圖象圖4A和圖4B為目標(biāo)圖象52的示意圖，其由圖1A中的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A在調(diào)制器22上形成，以便對本發(fā)明進(jìn)行說明。如上所述，目標(biāo)圖象或者是具有沿編碼軸聚焦在不同點(diǎn)的不同的光譜分量的分散圖象，或者是具有沿編碼軸聚焦在不同點(diǎn)的不同的光譜分量的擴(kuò)展圖象。為了簡化，在圖4A和圖4B中只示出了圖2中的濾波器50a和50b。優(yōu)選的，如圖4所示，編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器22的徑向軸R。目標(biāo)圖象的寬度被定義為垂直于編碼軸的空間長度。
在圖4A中，我們描述了這樣的情況其中目標(biāo)圖象52是寬帶或多波長源的分散圖象，它的分散軸沿著徑向軸R。由調(diào)制器22B編碼的兩個(gè)不同的光譜分量52a和52b由圖4A中的不同交叉排線示出。光譜分量52a的特征在于中心波長(λ2+λ1)/2和帶寬(λ2-λ1)。相似地，光譜分量52b的特征在于中心波長(λ4+λ3)/2和帶寬(λ4-λ3)。寬帶或多波長輻射源的實(shí)例包括黑體輻射體，白熾燈，光發(fā)射二極管，低壓煤氣燈，光、生物或化學(xué)激勵(lì)的樣品，流體中分散的熒光標(biāo)記的珠子，染料激光器，半導(dǎo)體激光器，玻璃激光器，氣體激光器，多波長光纖維，熱氣和/或蒸氣流，爐子，等離子體，電暈放電，原子輻射以及被反射或過濾的陽光。
在圖4B中，我們描述了這樣的情況其中目標(biāo)圖象是擴(kuò)展圖象(即擴(kuò)展源的圖象)。在這種情況下，我們簡單地將52a和52b定義為擴(kuò)展源的兩個(gè)不同空間分量，并將S1和S2定義為52a的空間邊界(即視場)，將s3和s4定義為52b的空間邊界(即視場)。擴(kuò)展源的一個(gè)實(shí)例為異族樣品，其發(fā)射、散射、透射或反射輻射作為對激勵(lì)的響應(yīng)。在這種情況下，空間分量52a和52b與樣品組中的特定樣品所發(fā)射、散射、透射或反射的輻射對應(yīng)。擴(kuò)展源的第二個(gè)實(shí)例為光學(xué)纖維的線性陣列。在這種情況下，空間分量52a和52b與陣列中的特定纖維所發(fā)射或反射的輻射對應(yīng)。擴(kuò)展源的第三個(gè)實(shí)例為經(jīng)一組帶通濾波器和/或分色鏡，線性可變纖維，或一組關(guān)聯(lián)輻射測定光電元件透射的輻射。在這種情況下，空間分量52a和52b與濾波器組中兩個(gè)不同的帶通濾波器所透射或反射的輻射對應(yīng)，或者與線性可變纖維(或兩個(gè)不同的關(guān)聯(lián)輻射測定光電元件)的兩個(gè)不同部分所透射或反射的輻射對應(yīng)。擴(kuò)展源的第四個(gè)實(shí)例為一組輻射源(如線性陣列光發(fā)射二極管或激光器二極管)。在這種情況下，空間分量52a和52b由該組輻射源中的單個(gè)源透射的輻射對應(yīng)。擴(kuò)展源的第五個(gè)實(shí)例為與一個(gè)或多個(gè)折射或反射光學(xué)元件(如一系列的光束分裂器)相連的一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源，從而產(chǎn)生多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的子圖象。擴(kuò)展源的其它實(shí)例包括半導(dǎo)體晶片和電路，機(jī)械組件，多模式光學(xué)纖維，多道電泳，干擾模板(如一個(gè)或多個(gè)與衍射光學(xué)器件相連的激勵(lì)源，以產(chǎn)生每個(gè)激勵(lì)源的子圖象)，以及在連續(xù)區(qū)域內(nèi)收集的被反射或過濾的陽光。
解碼算法對于任意給定的旋轉(zhuǎn)角，入射到圖1A中的檢測器26上的總的信號由所選擇的輻射分量52a～52d產(chǎn)生的子信號的和決定，52a～52d依據(jù)它們相應(yīng)的輻射濾波器50a～50d的與角相關(guān)的反射率獨(dú)立地在調(diào)制器22上編碼。通常，通過指定表達(dá)式sin2(mθ+pπ/4)(其中m是整數(shù)或整數(shù)的一半)中m和p的值，可以定義輻射濾波器。因此通常地，圖1A中的檢測器26所檢測到的來自調(diào)制器，如調(diào)制器22A或其它本發(fā)明所述的調(diào)制器的編碼束的強(qiáng)度通?？梢杂上旅娴姆匠探o出。
S(θ)=ΣmΣpam,psin2(mθ+pπ4)---(1)]]>其中，S(θ)為由檢測器26檢測的強(qiáng)度，并且該總和包括與給定的調(diào)制器設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的濾波器對應(yīng)的所有的m和p值。在方程(1)中，am，p為已經(jīng)由輻射濾波器編碼的編碼分量的幅度，該濾波器的調(diào)制函數(shù)是sin2(mθ+pπ/4)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式(如半色調(diào)表示)。為了給具有絕對徑向?qū)挾群途哂薪^對徑向強(qiáng)度分布的目標(biāo)圖象編碼，本發(fā)明允許保持最優(yōu)50％的占空因數(shù)并確定編碼分量的幅度而無需解方程組。在方程(1)的求和過程中，特定調(diào)制器中的濾波器可以不包括與所有的m和p值的組合相對應(yīng)的濾波器。這由圖2的調(diào)制器22A示出，其中p值只取0，而在圖5的調(diào)制器22B中，所有濾波器的m值都是3。在這樣的情況下，調(diào)制器中沒有出現(xiàn)的濾波器的幅度am，p為0。優(yōu)選的，將調(diào)制器上的一列m和p的值提供給解碼算法28.dec并且方程(1)中的求和僅限于這列值。優(yōu)選的，該列值被編碼到磁盤上，這樣正確的數(shù)值列總是被28.dec采用，以便為檢測器信號解碼。
作為進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明允許對調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和解碼算法使用常規(guī)化的方法。例如，電動(dòng)軸42以實(shí)質(zhì)上不變的頻率旋轉(zhuǎn)(與步進(jìn)相反)，檢測器模擬輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)28.adc采樣，其由光學(xué)開關(guān)70對時(shí)序標(biāo)記60作出響應(yīng)觸發(fā)。以不規(guī)則間隔角61響應(yīng)時(shí)序標(biāo)記的光學(xué)開關(guān)71將0度的基準(zhǔn)提供給計(jì)算機(jī)28，以便使28.adc的輸出與解碼算法28.dec同步。因此，解碼算法與方程(1)所定義的任意函數(shù)，以及調(diào)制分量的數(shù)量和特性{m，p}是相匹配的，并且解碼數(shù)據(jù)要采用的具體分析函數(shù)由應(yīng)用特定軟件定義。優(yōu)選的，與調(diào)制器上的輻射濾波器相對應(yīng)的{m，p}值的列表被編碼到磁盤上。
如果p和q是整數(shù)，三角函數(shù)sin2(mθ+pπ/4)遵循下面的標(biāo)準(zhǔn)正交關(guān)系∫02πdθcos(2mθ+pπ2)sin2(nθ+qπ4)=-π2δm,n(δp,q-δp,q±2)---(2)]]>可以根據(jù)下面的方程3利用三角函數(shù)的正交特性確定編碼光譜分量的幅度am，pam,p=-2π∫02πdθcos(2mθ+pπ2)S(θ)---(3)]]>
第一次幅度修正由于采用三角函數(shù)sin2(mθ+pπ/4)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式而引起的新問題就是用方程(2)描述并被上述方程(3)所采用的正交性是不精確的。因此，在一些應(yīng)用中，有必要考慮干擾條件和針對來自其它通道的干擾進(jìn)行修正的各個(gè)幅度，這自然導(dǎo)致一系列后續(xù)的更高次的修正關(guān)系am,p=am,p(0)+am,p(1)+...---(4)]]>其中0次幅度系數(shù)由下式確定am,p(0)=-2π∫02πdθcos(2mθ+pπ2)S(θ)---(5)]]>第一次幅度修正由下式給出am,p(1)=ΣnΣqAm,pn,qan,q(0)---(6)]]>其中要了解的是在對給定模式的輻射濾波器求和的過程中，不包括n＝m，q＝p的情況。
在方程(6)中，通過順序減少或增大an，q的幅度并測量am，p(0)，可以確定矩陣元素。例如，如果我們確定δam，p(0)作為am，p(0)觀察到的變化，其由外加給an，q(0)的變化am，p(0)產(chǎn)生，相應(yīng)的矩陣元素由下式給出Am,pn,q=δam.p(0)Δan,q(0)---(7)]]>優(yōu)選的，外加給an，q(0)的變化被具有狹縫或遮蔽的可移動(dòng)電路模板利用，其與輻射濾波器的徑向?qū)挾认嗥ヅ?，其中電路模板沿著調(diào)制器22的徑向軸平移，這樣入射的輻射有選擇地依次從輻射濾波器透射或阻斷。例如，具有螺旋型狹縫或遮蔽的圓盤，其安裝在與調(diào)制器22平行的平面內(nèi)，直接位于調(diào)制器22之上或之下，繞旋轉(zhuǎn)軸40步進(jìn)。優(yōu)選的，外加給an，q(0)的變化被專用的輻射源和檢測器利用，其獨(dú)立地或集體地沿調(diào)制器22的徑向軸平移，這樣，入射輻射被調(diào)制濾波器依次有選擇地調(diào)制。最優(yōu)選的，專用輻射源沿徑向軸的束的尺寸實(shí)質(zhì)上小于調(diào)制器22上最窄的輻射濾波器的徑向?qū)挾取Ｔ谶@種方法中，調(diào)制分量可以彼此隔離，以便更精確地確定它們各自的諧波成分。這樣的用于照明和/或隔離具體輻射濾波器的裝置還可以用來為下述的二次編碼器時(shí)序信號同步化產(chǎn)生已知的編碼信號。
實(shí)際上，方程(5)中所示的積分由對M的連續(xù)求和代替，M為每次旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)事件(或間隔、步驟或周期)的數(shù)量。在開始時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)時(shí)DAQ間隔估計(jì)的cos(2mθ+pπ/2)的值可以定義并初始化一套解碼系數(shù)(如三角法的對照表)Tm,pj=-2πMcos(4jmπM+pπ2)---(8)]]>零次幅度系數(shù)由連續(xù)信號測量與相應(yīng)的解碼系數(shù)的乘積的和得出am,p(0)=Σj=1MTm,pjS(j)---(9)]]>其中，S(j)為在第j個(gè)DAQ步驟從檢測器讀取的ADC，即來自28.adc的輸出。在整個(gè)旋轉(zhuǎn)的結(jié)尾，對于特定的應(yīng)用如果必要，估算第一次幅度修正am,p(1)=ΣnΣqAm,pn,qan,q(0)---(10)]]>其中要了解的是在該關(guān)系中不包括當(dāng)n＝m，p＝q時(shí)的求和。注意如果從上次估算修正開始，幅度沒有顯著改變，修正不需要重新估算。
暫態(tài)信號檢測優(yōu)選的，圖1中的計(jì)算機(jī)包括暫態(tài)信號算法28.utl(TSA)以測量調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)發(fā)生的編碼分量的幅度中的暫態(tài)值。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)會(huì)分析暫態(tài)信號以確定它的諧波成分。在每個(gè)DAQ步驟j，28.utl(TSA)將檢測器信號從一個(gè)或多個(gè)先前的檢測器信號或用最后算出的由上式(9)確定的零次幅度系數(shù)求出的預(yù)期信號中減去ΔSk(j)=Sk(j)-{ΣmΣpam,p(k-1)sin2(2jmπM+pπ4)}---(11)]]>其中，Sk(j)在第k個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的第j個(gè)步驟測得的來自28.adc的輸出(即檢測器信號)，并且am，q(k-1)為算出的第(k-1)個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的零次幅度系數(shù)。ΔSk(j)的大小被用來檢測子旋轉(zhuǎn)周期時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)編碼分量中的幅度暫態(tài)值。優(yōu)選的，當(dāng)ΔSk(j)的大小超過了預(yù)定的臨界值時(shí)，28.utl(TSA)引導(dǎo)分析器操作系統(tǒng)增大電動(dòng)軸42的速度，并且當(dāng)ΔSk(j)的大小小于第二預(yù)定臨界值一段預(yù)定的擴(kuò)展時(shí)間周期后，28.utl(TSA)引導(dǎo)分析器操作系統(tǒng)減小電動(dòng)軸42的速度。在這種方法中，電動(dòng)軸42能夠盡可能慢地運(yùn)轉(zhuǎn)，從而延長了運(yùn)行壽命。最優(yōu)選的，28.utl(TSA)在足夠數(shù)量的DAQ周期內(nèi)對ΔSk(j)進(jìn)行分析以確定它的諧波成分，這反過來將被解碼算法用作輸入以補(bǔ)償由子周期信號暫態(tài)值產(chǎn)生的諧波干擾。通過28.utl(MCA)和28.dac的方式經(jīng)與電動(dòng)軸42相連的控制信號線可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)軸42的控制。
圖5為輻射調(diào)制器22B的頂視圖，用來說明本發(fā)明的另一方面。調(diào)制器22B配有四個(gè)輻射濾波器50.5、50.6、50.7和50.8，其中，四個(gè)濾波器的調(diào)制函數(shù)都是上述的通式為sin2(mθ+pπ/4)的函數(shù)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式，參見圖2中的調(diào)制器22A。在圖5的調(diào)制器22B中，輻射濾波器50.5和50.6的m值都為3，但p值分別為0和1。類似的，濾波器50.7和50.8的m值都為5，但p值分別為0和1。通過對方程(2)中確定的正交性關(guān)系的驗(yàn)證，很清楚調(diào)制器22B上的所有的四個(gè)輻射濾波器實(shí)質(zhì)上彼此正交。能夠分布在調(diào)制器22上的最高諧波(m值)由目標(biāo)圖象52沿方位角軸的寬度和選定半徑的調(diào)制器22的周長決定。通過利用m值相同、p值的差為奇數(shù)的濾波器對，可以使任意給定的諧波的正交濾波器的數(shù)量翻倍。
圖6為輻射調(diào)制器22C的頂視圖，用來說明本發(fā)明的另一方面。調(diào)制器22C配有四個(gè)輻射濾波器50.9、50.10、50.11和50.12，它們具有m和p值相等的相同的調(diào)制函數(shù)(即(sin2(mθ+pπ/4))，但位于開始于旋轉(zhuǎn)軸40的不同半徑上，并且彼此分離，以便為不同的輻射分量編碼。以這種方式，非鄰近的輻射分量組可以被共同調(diào)制以提高分析器的信噪比。
圖7是輻射調(diào)制器22D的頂視圖，用來說明本發(fā)明的另一方面。調(diào)制器22D配有兩個(gè)輻射濾波器對具有輻射濾波器{50.13，50.14}的55.1和具有輻射濾波器{50.15，50.16}的55.2，以及單個(gè)的未成對的輻射濾波器50.17。在調(diào)制器22D中，濾波器對55.1和55.2被配置來分別測量入射到具有對{50.13，50.14}和{50.15，50.16}的兩個(gè)濾波器上的輻射強(qiáng)度的差。包括每個(gè)濾波器對的濾波器的調(diào)制函數(shù)是互補(bǔ)的或異相的，這樣，編碼分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例決定。在調(diào)制器22D中，濾波器的調(diào)制函數(shù)都是通式為sin2(mθ+pπ/4)的數(shù)字化近似或復(fù)制形式。對于形式為sin2(mθ+pπ/4)的調(diào)制函數(shù)，當(dāng)包括一對濾波器的兩個(gè)濾波器具有相同的m值和不同的p值時(shí)，出現(xiàn)互補(bǔ)形式，其中p值的差為偶數(shù)。
參看圖7中的55.1，濾波器50.13和50.14彼此相鄰。以這種方式，由55.1產(chǎn)生的信號實(shí)質(zhì)上等于相對于徑向位置的強(qiáng)度分布在邊界半徑處的估算的導(dǎo)數(shù)，BR.1。在一實(shí)施例中，通過平衡入射到50.13和50.14上的輻射的強(qiáng)度，由濾波器對50.17產(chǎn)生的編碼分量的幅度為空或零。
參看圖7中的55.2，濾波器50.15和50.16彼此沿徑向軸分離。產(chǎn)生的編碼分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例確定。以這種方式，可以直接測量沿徑向軸分離的兩個(gè)輻射分量的強(qiáng)度差。在許多應(yīng)用中，分析函數(shù)28.asf用相應(yīng)的絕對強(qiáng)度使一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)度差標(biāo)準(zhǔn)化。在調(diào)制器22D中，濾波器50.17被配置用來在50.15和50.16之間的中點(diǎn)處提供絕對強(qiáng)度。50.17的調(diào)制頻率(m值)被選擇為遠(yuǎn)高于55.2的調(diào)制頻率，這樣，利用檢測器26和模數(shù)轉(zhuǎn)換器28.adc之間的適當(dāng)?shù)碾娮訋V波器28.bpf，可以過濾掉來自50.17的信號。優(yōu)選的，圖1中的電子帶通濾波器28.bpf具有可編程的帶通，這樣，來自50.17的信號能夠根據(jù)需要被切換進(jìn)入或離開通向28.adc的信號通道。以這種方式，由濾波器50.17編碼的輻射的絕對強(qiáng)度可以在校準(zhǔn)周期內(nèi)測量并被用于使由互補(bǔ)對55.2編碼的強(qiáng)度差異標(biāo)準(zhǔn)化(如增大裝置的速度，分辨率，和/或保持28.adc的動(dòng)態(tài)范圍)?；蛘撸瑏碜詸z測器26的信號可以用不同的電子帶通濾波器分離成為兩個(gè)信號通道，并且第一ADC可以被用來測量由55.2編碼的分量而第二ADC可以被用來測量由50.17編碼的分量。
圖8為調(diào)制器22E的頂視圖，用來說明本發(fā)明的另一方面。調(diào)制器22E配有兩個(gè)輻射濾波器對55.3和55.4，用來測量入射到具有該對的兩個(gè)濾波器的輻射強(qiáng)度的差。調(diào)制器22E還配有兩個(gè)未配對的輻射濾波器50.22和50.23，分別用來測量入射到環(huán)繞55.3和55.4的環(huán)形區(qū)域的輻射強(qiáng)度的和。由55.3和55.4產(chǎn)生的編碼分量彼此正交，并且由50.22和50.23產(chǎn)生的編碼分量也彼此正交。在圖8中，55.3和50.22占據(jù)了同一環(huán)形區(qū)的不同環(huán)形段，55.3占據(jù)了調(diào)制器22E的上半部分(即介于0到180度之間的環(huán)形段)，而50.22則占據(jù)了調(diào)制器22E的下半部分(即介于180到360度之間的環(huán)形段)。相似地，55.4和50.23占據(jù)了同一環(huán)形區(qū)的不同環(huán)形段，55.4占據(jù)了調(diào)制器22E的上半部分，而50.23則占據(jù)了調(diào)制器22E的下半部分。當(dāng)調(diào)制器22E逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，在旋轉(zhuǎn)的第一個(gè)半周期內(nèi)，目標(biāo)圖象52由55.3和55.4編碼；在旋轉(zhuǎn)的第二個(gè)半周期內(nèi)，由50.22和50.23編碼。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28利用子信號分離器算法28.sss將檢測器信號分離成兩個(gè)分別與{55.3，55.4}和{50.22，50.23}對應(yīng)的子信號。這兩個(gè)子信號由解碼算法28.dec處理以確定編碼分量的幅度。優(yōu)選的，兩個(gè)濾波器對(55.3和55.4)和兩個(gè)未配對的輻射濾波器(50.22和50.23)各自被唯一的編碼函數(shù)編碼，以提供四個(gè)具有25％占空因數(shù)的實(shí)質(zhì)上正交的編碼分量。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)測量相對于在邊界半徑處計(jì)算的徑向位置的強(qiáng)度分布的導(dǎo)數(shù)和每個(gè)編碼輻射分量的總強(qiáng)度。調(diào)制器22E完全包括了基于調(diào)制器22的一個(gè)或多個(gè)不完整旋轉(zhuǎn)周期的調(diào)制函數(shù)的特殊實(shí)例。
調(diào)制器22E的環(huán)形區(qū)域、環(huán)形段以及輻射濾波器和濾波器對的配置是為說明選擇的，并不意味著限制了本發(fā)明的范圍。對于輻射濾波器和濾波器對，具有不同環(huán)形區(qū)域、不同的環(huán)形段、不同的徑向位置和/或徑向?qū)挾鹊钠渌渲靡矊儆诒景l(fā)明的范圍之內(nèi)。
對準(zhǔn)校正和跟蹤分析器圖9A示出了移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的元件對于調(diào)制器22上的目標(biāo)圖象52的聚焦和位置的影響。為了簡化，我們將“目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)在調(diào)制器22上”定義為包括i)目標(biāo)圖象52聚焦在基底23的表面上，和ii)目標(biāo)圖象52定位在調(diào)制器22上。因此，如圖9A所示，當(dāng)折疊式反射鏡34在位置34(1)時(shí)，目標(biāo)圖象52’沒有正確對準(zhǔn)，但當(dāng)折疊式反射鏡34在位置34(2)時(shí)，目標(biāo)圖象52在調(diào)制器22的表面上正確對準(zhǔn)。作為對周圍溫度變化的響應(yīng)，36A的不同元件和安裝固件的膨脹或收縮可能會(huì)引起調(diào)制器22表面上的目標(biāo)圖象52的對準(zhǔn)出現(xiàn)不必要的變化。調(diào)制器22表面上的目標(biāo)圖象52錯(cuò)排的另一個(gè)原因是調(diào)制器的半徑作為溫度的函數(shù)發(fā)生變化。
在分析器100的另一實(shí)施例中，對準(zhǔn)校正和跟蹤分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置以修正系統(tǒng)中的對準(zhǔn)誤差。為此，折疊式反射鏡34被安裝在活動(dòng)臺(tái)上。優(yōu)選的，活動(dòng)臺(tái)由一個(gè)或多個(gè)由28.ADC驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器控制，以便將折疊式反射鏡移到位置34(2)，這樣，目標(biāo)圖象52被正確對準(zhǔn)在調(diào)制器22上。
圖9B為對準(zhǔn)校正跟蹤分析器的示意圖，其中，折疊式反射鏡34的位置由活動(dòng)臺(tái)35控制。優(yōu)選的，活動(dòng)臺(tái)25完全包括一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器，以便沿一條或多條軸平移折疊式反射鏡34。優(yōu)選的，移動(dòng)臺(tái)35完全包括兩個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器以便沿著和/或繞著一條或多條軸平移折疊式反射鏡34。以這種方式，通過適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，活?dòng)臺(tái)35能夠被用來給折疊式反射鏡34定位，以便將目標(biāo)圖象52正確地對準(zhǔn)在調(diào)制器22上。
對準(zhǔn)校正機(jī)械裝置包括一個(gè)或多個(gè)對準(zhǔn)分量(或通道)的解碼幅度和相位，對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)，一個(gè)或多個(gè)將解碼幅度與調(diào)制器22上的目標(biāo)圖象52的對準(zhǔn)聯(lián)系起來的校準(zhǔn)曲線，數(shù)模轉(zhuǎn)換器28.adc，電壓控制的活動(dòng)臺(tái)35和折疊式反射鏡34。
對準(zhǔn)跟蹤機(jī)械裝置包括時(shí)序標(biāo)記60和61和/或?qū)?zhǔn)標(biāo)記62，對準(zhǔn)探頭72，對準(zhǔn)跟蹤算法28.utl(ATA)，硬件驅(qū)動(dòng)器28.drv，活動(dòng)臺(tái)35和折疊式反射鏡34。優(yōu)選的，折疊式反射鏡34被安裝在活動(dòng)臺(tái)35上，其包括一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，以便將折疊式反射鏡34定位，從而使目標(biāo)圖象52準(zhǔn)確地對準(zhǔn)在調(diào)制器22上。
對準(zhǔn)跟蹤算法28.utl的輸入是對準(zhǔn)探頭72響應(yīng)時(shí)序/定位標(biāo)記60，61和/或62(或優(yōu)選的，下述的一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對)和調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)的輸出。對準(zhǔn)跟蹤算法28.utl(ATA)分析對準(zhǔn)探頭72的輸出以檢測基底23上的軸向擺動(dòng)、振動(dòng)或調(diào)制器的錯(cuò)排。優(yōu)選的，對準(zhǔn)跟蹤算法28.utl(ATA)產(chǎn)生(或計(jì)算)一個(gè)或多個(gè)跟蹤系數(shù)，其隨后由特定應(yīng)用函數(shù)28.asf使用來補(bǔ)償檢測到的基底23上的軸向擺動(dòng)、振動(dòng)或調(diào)制器的錯(cuò)排。優(yōu)選的，對準(zhǔn)跟蹤算法28.utl(ATA)產(chǎn)生對移動(dòng)臺(tái)35的控制信號，以便動(dòng)態(tài)地放置折疊式反射鏡34(和/或其它光學(xué)元件)以保持目標(biāo)圖象52的正確對準(zhǔn)。最優(yōu)選的，在制作過程中，28.utl(ATA)的輸出可以被用來將反饋提供給組裝技術(shù)員。以這種方式，調(diào)制器22上的編碼模式相對于旋轉(zhuǎn)軸40的同心性可以被優(yōu)化，從而使對于特定的應(yīng)用，隨后的對準(zhǔn)跟蹤變得不必要。
對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)的輸入為一個(gè)或多個(gè)對準(zhǔn)分量的解碼幅度。為了對準(zhǔn)，組裝到一個(gè)或多個(gè)對準(zhǔn)通道內(nèi)的專用濾波器和互補(bǔ)濾波器對可以被用于圖9所述的分析器中。圖9C示出了具有輻射濾波器和濾波器對的調(diào)制器22的一個(gè)可能的實(shí)施例，其包括兩個(gè)信號通道和兩個(gè)對準(zhǔn)通道。在調(diào)制器22F中，輻射濾波器50.24和50.25的徑向位置與目標(biāo)圖象52中的兩個(gè)預(yù)期的對準(zhǔn)分量的垂直徑向位置對應(yīng)。對準(zhǔn)分量的實(shí)例包括兩個(gè)或多個(gè)不連續(xù)熒光樣品的子圖象，光學(xué)纖維陣列中專用的基準(zhǔn)纖維，樣品的分散或過濾光譜特征，一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(如濾波器的邊緣)中的分散或過濾光譜特征。輻射濾波器50.24和50.25分別由輻射濾波器對55.5和55.6限制。輻射濾波器55.5和55.6由具有互補(bǔ)(如位相相差180度)調(diào)制函數(shù)的輻射濾波器組成，這樣，產(chǎn)生的編碼對準(zhǔn)分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例確定。優(yōu)選的，具有55.5和55.6的濾波器的位置和徑向?qū)挾缺慌渲脼楫?dāng)目標(biāo)圖象52準(zhǔn)確對準(zhǔn)在調(diào)制器22F上時(shí)，在兩個(gè)編碼對準(zhǔn)分量中產(chǎn)生特征幅度和相位。最優(yōu)選的，當(dāng)目標(biāo)圖象52準(zhǔn)確對準(zhǔn)時(shí)，經(jīng)過55.5和55.6的強(qiáng)度分布將編碼對準(zhǔn)分量的幅度降為零。目標(biāo)圖象52的對準(zhǔn)中的任何誤差都會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)編碼對準(zhǔn)分量中的特征幅度和相位。以這種方式，55.5和55.6中的信號分別提供了對基底23和調(diào)制器22F上的目標(biāo)圖象52的聚焦誤差和位置誤差的大小和方向的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，通過精確地分別把目標(biāo)圖象52的聚焦和位置在基底23和調(diào)制器22F上解諧，(如用活動(dòng)臺(tái)35)，并記錄編碼對準(zhǔn)分量產(chǎn)生的幅度和相位，可以產(chǎn)生一條或多條校準(zhǔn)曲線。更為優(yōu)選的，對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)輸入當(dāng)前對準(zhǔn)分量的幅度和相位并利用校準(zhǔn)曲線產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)，其隨后由特定應(yīng)用函數(shù)28.asf使用來補(bǔ)償對準(zhǔn)誤差的影響。最優(yōu)選的，28.utl(ACA)將當(dāng)前對準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線相比，以產(chǎn)生對活動(dòng)臺(tái)35的控制信號，以便使折疊式反射鏡34(和/或其它光學(xué)元件)定位，以保持目標(biāo)圖象52準(zhǔn)確對準(zhǔn)。在制作過程中，對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)的輸出可以被用來提供反饋給組裝技術(shù)員。僅僅通過使由50.24和50.25產(chǎn)生的編碼分量的幅度最大，即可獲得目標(biāo)圖象52沿著調(diào)制器22的方位角軸的準(zhǔn)確對準(zhǔn)。
選擇圖9B所示的對準(zhǔn)校正機(jī)械裝置和對準(zhǔn)跟蹤機(jī)械裝置的共同分量用來說明，并不意味著限制本發(fā)明的范圍。利用獨(dú)立的(或多個(gè)獨(dú)立的)輸入源，硬件驅(qū)動(dòng)器，活動(dòng)臺(tái)，致動(dòng)器和光學(xué)元件的其它的配置也屬于本發(fā)明的范疇。在前面的描述中，選擇折疊式反射鏡34用來說明，要了解的是為了對準(zhǔn)，可以控制其它光學(xué)元件的安裝，包括入口狹縫32、出口狹縫44，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A，后編碼器光學(xué)器件36B，檢測器26和調(diào)制器22的不同組合，這也屬于本發(fā)明的范疇。選擇調(diào)制器22F中的輻射濾波器用來說明，要了解的是對于對準(zhǔn)，其它濾波器對和濾波器的組合也是有益的，并屬于本發(fā)明的范疇。特別地，圖7和圖8分別示出的調(diào)制器22D和22E的不同方面對于對準(zhǔn)是有益的。上述的校正和對準(zhǔn)機(jī)械裝置對于本發(fā)明的所有實(shí)施例都適用。
交錯(cuò)激勵(lì)分析器300在一些應(yīng)用中，可能希望測量樣品對于兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)輻射分量的響應(yīng)。激勵(lì)輻射分量的實(shí)例包括一組不同的激光，多線激光或與用來分離發(fā)射線的衍射性或折射性光學(xué)器件相連的低壓煤氣燈，光學(xué)纖維，或燈/濾波器組合。樣品的實(shí)例包括多道/多毛細(xì)電泳，以及一組按線性陣列排列的不同的熒光發(fā)射(或Raman散射)樣品。這樣的和其它的激勵(lì)分量和樣品的實(shí)例屬于本發(fā)明的范疇。在一些情況下，還可能希望實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量樣品對兩個(gè)或多個(gè)不同的激勵(lì)分量的響應(yīng)。例如，一些樣品被激勵(lì)輻射改變，使得一系列的激勵(lì)/響應(yīng)測量的結(jié)果可能根據(jù)外加激勵(lì)分量的順序變化。另一實(shí)例就是在工業(yè)生產(chǎn)液流中流動(dòng)的樣品(如電泳、流體血細(xì)胞計(jì)數(shù)器、水或天然氣)，其中在測量處的滯留時(shí)間不足以連續(xù)地進(jìn)行激勵(lì)測量。另一實(shí)例為經(jīng)歷化學(xué)動(dòng)力學(xué)的樣品的激勵(lì)分析。下文所述的交錯(cuò)激勵(lì)分析器，如圖10所示，允許實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量作為兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)分量的響應(yīng)、來自樣品的被發(fā)射、散射、透射或反射的輻射。
圖10A為分析器300的示意圖，其包括圖1中的分析器100和實(shí)質(zhì)上同時(shí)地以兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)輻射分量激勵(lì)輻射發(fā)射樣品的交錯(cuò)機(jī)械裝置。在圖10A中，一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源(未示出)提供具有兩個(gè)不同激勵(lì)分量EX1和EX2的激勵(lì)輻射。在分析器300中，當(dāng)調(diào)制器322繞旋轉(zhuǎn)軸340旋轉(zhuǎn)時(shí)，激勵(lì)分量EX1和EX2實(shí)質(zhì)上沿光學(xué)通道P1和P2順序地(如交錯(cuò)地)被導(dǎo)向樣品324。優(yōu)選的，在任意給時(shí)序刻，激勵(lì)順序?qū)嵸|(zhì)上防止了不只一個(gè)激勵(lì)分量到達(dá)樣品324。優(yōu)選的，可以用可調(diào)衰減器來預(yù)先處理或預(yù)先設(shè)定激勵(lì)分量的強(qiáng)度。作為對編碼激勵(lì)束的響應(yīng)，樣品324發(fā)射，透射，反射或散射輻射響應(yīng)束，其包括至少兩個(gè)響應(yīng)分量。響應(yīng)束由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A成像，以形成目標(biāo)圖象352，其具有沿調(diào)制器322的徑向軸實(shí)質(zhì)上聚焦在不同點(diǎn)的響應(yīng)分量。調(diào)制器322具有至少兩個(gè)輻射濾波器，其位于開始于旋轉(zhuǎn)軸340的不同半徑上，用來為響應(yīng)束編碼以提供編碼響應(yīng)束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象352與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣編碼分量具有和響應(yīng)分量實(shí)質(zhì)上一對一的響應(yīng)。更為優(yōu)選的，編碼響應(yīng)分量的幅度實(shí)質(zhì)上是平滑函數(shù)或當(dāng)調(diào)制器322繞旋轉(zhuǎn)軸340旋轉(zhuǎn)時(shí)在三個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上不同的對比水平之間變化。更為優(yōu)選的，編碼響應(yīng)分量的幅度實(shí)質(zhì)上彼此正交。最優(yōu)選的，編碼響應(yīng)分量的幅度都是通式sin2(mθ+pπ/4)的數(shù)字化近似。編碼響應(yīng)束被后編碼器光學(xué)器件收集、引導(dǎo)并聚焦到檢測器26上。作為對編碼響應(yīng)束的響應(yīng)，檢測器26將輸出提供給計(jì)算機(jī)28上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)28.adc。如圖1A所示，計(jì)算機(jī)28包括子信號分離器算法28.sss，其被分析器300用來作為對編碼響應(yīng)束的響應(yīng)、由檢測器26產(chǎn)生的基于時(shí)間的信號分離成兩個(gè)子信號，其分別與EX1和EX2產(chǎn)生的編碼響應(yīng)束對應(yīng)。子信號隨后被解碼算法28.dec獨(dú)立地分析以提供作為激勵(lì)分量的函數(shù)的編碼響應(yīng)的幅度。
如果樣品324是具有多個(gè)所選的響應(yīng)分量的單個(gè)樣品，分析器300允許人們實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量作為激勵(lì)分量的函數(shù)的所選響應(yīng)分量。如果樣品324是一組樣品并且響應(yīng)分量是具有所需的光譜信息的空間分量(如多道，多染料電泳或多染料熒光分析物)，通過在光學(xué)元件36B和檢測器26之間插入分光計(jì)或其它波長過濾裝置并掃描透射到檢測器26的輻射的波長，可以確定響應(yīng)分量的光譜特性。更為優(yōu)選的，分光計(jì)或其它波長過濾裝置被用來引導(dǎo)編碼束的一些所選的光譜分量到達(dá)同樣數(shù)量的檢測器。最優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28包括足夠數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和解碼算法28.dec，這樣，能夠?qū)嵸|(zhì)上同時(shí)地分析由檢測器作為對編碼束的響應(yīng)產(chǎn)生的信號。
圖10B示出了與分析器300一起使用的調(diào)制器22的可能的實(shí)施例。調(diào)制器322包括一套分別集中在R1和R2的叉排的光學(xué)通道64.1和64.2。64.1和64.2交替地允許輻射分量EX1和EX2透射，這樣，在任意給時(shí)序刻，只有一個(gè)激勵(lì)分量發(fā)出的輻射入射到樣品324上。優(yōu)選的，當(dāng)時(shí)序標(biāo)記60(其中每隔一個(gè)通道是開放的)和兩個(gè)環(huán)形區(qū)域內(nèi)的開放通道的相對相位是這樣一次只開放一個(gè)通道時(shí)，叉排的光學(xué)通道具有相同的分辨率。這些通道可能僅僅是不透明基底中的透射區(qū)域或非反射性或透明基底中的反射性區(qū)域。輻射響應(yīng)束被收集并聚焦以便沿著調(diào)制器322的徑向軸形成目標(biāo)圖象352，這樣，響應(yīng)分量沿著調(diào)制器322的徑向軸被聚焦在不同的點(diǎn)上。響應(yīng)分量由調(diào)制器322上的四個(gè)空間輻射濾波器50.26、50.27、50.28和50.29編碼以提供編碼響應(yīng)束。優(yōu)選的，當(dāng)調(diào)制器322繞旋轉(zhuǎn)軸340旋轉(zhuǎn)時(shí)，用來給響應(yīng)束編碼的322的每個(gè)調(diào)制函數(shù)是平滑函數(shù)或是具有三個(gè)或多個(gè)不同對比水平的平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式。更為優(yōu)選的，編碼響應(yīng)分量的幅度實(shí)質(zhì)上彼此正交。最優(yōu)選的，實(shí)質(zhì)上根據(jù)形式為sin2(mθ+pπ/4)的函數(shù)調(diào)制編碼響應(yīng)分量。
在圖10A和圖10B中，激勵(lì)分量以及編碼輻射器的光學(xué)結(jié)構(gòu)和數(shù)量是為了清楚而選擇的。要了解的是激勵(lì)分量和輻射濾波器的任意數(shù)量屬于本發(fā)明的范疇。其它涉及分離、更加精細(xì)的光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)以收集并聚焦入射輻射到調(diào)制器322上并收集和聚焦來自調(diào)制器322的編碼束到達(dá)檢測器26的其它光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)可以在本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例中被采用，并且屬于本發(fā)明的范疇。為了清楚，選擇調(diào)制器322的透射模式，要了解的是具有反射性調(diào)制器的相似裝置屬于本發(fā)明的范疇。
在圖10A和圖10B中，調(diào)制器22的叉排的光學(xué)通道64.1和64.2被用來引導(dǎo)激勵(lì)分量以交錯(cuò)的順序到達(dá)樣品324。該交錯(cuò)機(jī)械裝置可以被來自計(jì)算機(jī)28、到達(dá)一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)激勵(lì)分量到達(dá)324的可控通道裝置的交錯(cuò)順序的控制信號(未示出)代替?？煽赝ǖ姥b置的實(shí)例包括可設(shè)定地址的遮光器，活動(dòng)鏡和可控電源。在這種情況下，計(jì)算機(jī)28將產(chǎn)生到達(dá)一些可控通道源的控制信號，作為對一個(gè)或多個(gè)光學(xué)開關(guān)(如光學(xué)開關(guān)70，71和/或72)的響應(yīng)，以引導(dǎo)激勵(lì)分量實(shí)質(zhì)上順序地到達(dá)樣品324。
參看圖9，對于上述的分析器300，一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置可以被控制以便將目標(biāo)圖象3 52對準(zhǔn)到調(diào)制器322上。優(yōu)選的，樣品324包括一些對準(zhǔn)分量(如一個(gè)或多個(gè)已知的熒光素，一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射二極管，或者一個(gè)或多個(gè)光學(xué)纖維，其具有在324內(nèi)的已知的空間位置處分布的已知的光譜輸出)并且調(diào)制器322包括一些對準(zhǔn)通道以提供輸出給對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)。優(yōu)選的，28.utl(ACA)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)校正系數(shù)，其隨后由特定應(yīng)用函數(shù)28.asf使用來補(bǔ)償對準(zhǔn)誤差的影響。更為優(yōu)選的，28.utl(ACA)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以便使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，從而將目標(biāo)圖象325準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器322上。更為優(yōu)選的，對準(zhǔn)空間分量還具有已知的光譜激勵(lì)/發(fā)射特性，用于校正波長過濾裝置或波長分離裝置。
不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波調(diào)制器22A-22D所用的編碼函數(shù)是基底23的不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波。在另一實(shí)施例中，對于減少不同的硬件項(xiàng)目，釋放微處理器資源，使外部機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)同步，測量強(qiáng)度分布的位置和強(qiáng)度并提高分析器的空間或光譜分辨率，不完整旋轉(zhuǎn)周期(如一個(gè)環(huán)形區(qū)域內(nèi)的環(huán)形段內(nèi)的輻射濾波器)的諧波是有益的。對于下文的討論，我們定義不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波包括由輻射濾波器產(chǎn)生、具有實(shí)質(zhì)上重復(fù)的模式的編碼函數(shù)，其在限定的環(huán)形段內(nèi)具有整數(shù)個(gè)周期(或半周期)。不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波的通式由sin2(mθ’+pπ/4)表示，其中θ’為將環(huán)形段的方位角長度與調(diào)制器22的完整旋轉(zhuǎn)周期聯(lián)系起來的壓縮角。圖8的調(diào)制器22E為一個(gè)實(shí)例，其利用以兩個(gè)不完整旋轉(zhuǎn)周期為基礎(chǔ)的調(diào)制函數(shù)來測量已經(jīng)成像的輻射分布的強(qiáng)度和徑向位置(或者沿調(diào)制器22E的徑向軸的強(qiáng)度導(dǎo)數(shù))，從而提高了分析器100的測量能力。在圖8所示的實(shí)例中，角θ’被壓縮了2的因數(shù)，因?yàn)榄h(huán)形段是調(diào)制器22E的半個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。
在調(diào)制器22的另一實(shí)施例中，通過用光學(xué)開關(guān)70產(chǎn)生的信號上的簡單暫停代替來自關(guān)學(xué)開關(guān)71的信號，不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波可以被用來減少調(diào)制器22和光學(xué)開關(guān)71上的時(shí)序標(biāo)記61。圖11A為輻射調(diào)制器的頂視圖，其包括基于不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波的輻射濾波器。如圖11所示，輻射調(diào)制器22DZ具有四個(gè)輻射濾波器50.30、50.31、50.32和50.33，它們是以旋轉(zhuǎn)角θi為起點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)角θf為終點(diǎn)(即，θi和θf確定了環(huán)繞50.30、50.31、50.32和50.33的相應(yīng)的環(huán)形區(qū)內(nèi)的環(huán)形段)的不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波。在θi和θf之間，調(diào)制器22DZ包括沒有輻射濾波器的被動(dòng)區(qū)。為了清楚，我們定義有效周期為完整旋轉(zhuǎn)周期的一部分，其中目標(biāo)圖象52正在被調(diào)制器22上的輻射濾波器調(diào)制，并且我們定義被動(dòng)周期為完整旋轉(zhuǎn)周期的一部分，其中目標(biāo)圖象52沒有被調(diào)制器22上的輻射濾波器調(diào)制。優(yōu)選的，調(diào)制器22DZ上的時(shí)序標(biāo)記60是這樣排列的在被動(dòng)周期，光學(xué)開關(guān)70沒有產(chǎn)生ADC激發(fā)事件。
為了采用調(diào)制器22DZ，將調(diào)整輻射分析器100的解碼算法28.dec，以減少來自光學(xué)開關(guān)71的輸入并包括時(shí)序器，其提供用于測量光學(xué)開關(guān)70作為對時(shí)序標(biāo)記60的響應(yīng)，所產(chǎn)生的ADC激發(fā)事件之間的實(shí)耗時(shí)間的基礎(chǔ)。ADC激發(fā)事件之間的實(shí)耗時(shí)間將被用來計(jì)算平均ADC激發(fā)事件周期。解碼算法28.dec包括函數(shù)，當(dāng)從上一個(gè)ADC激發(fā)事件以來消耗的時(shí)間大于平均ADC激發(fā)事件周期時(shí)，該函數(shù)會(huì)產(chǎn)生ADC暫停事件。優(yōu)選的，調(diào)制器22DZ是這樣配置的在被動(dòng)周期內(nèi)發(fā)生ADC暫停事件。ADC暫停事件被計(jì)算機(jī)28用來使解碼算法28.dec與來自28.adc的輸出同步。以這種方式輻射分析器100的成本和復(fù)雜性都大大降低。
當(dāng)每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期都要進(jìn)行計(jì)算機(jī)時(shí)間集中算法時(shí)，與被動(dòng)周期相結(jié)合的不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波還可能是必要的，否則會(huì)影響數(shù)據(jù)收集和解碼工作。例如，在分析器100中，在不完整旋轉(zhuǎn)周期采集數(shù)據(jù)，并且在被動(dòng)周期運(yùn)行特定應(yīng)用函數(shù)28.asf。以這種方式，可以在每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期運(yùn)行28.asf而不必跳過數(shù)據(jù)采集周期。
與被動(dòng)周期相結(jié)合的不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波在一些應(yīng)用中是有益的，其中，在調(diào)制器22的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件被重新定位以便從中選擇兩個(gè)或多個(gè)不同的光學(xué)通道。例如，分析器100被配置用來測量擴(kuò)展源的空間分量并且分光計(jì)被插到檢測器26之前以隔離空間編碼信號的某個(gè)特定的空間分量。每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期分光光柵步進(jìn)一次，達(dá)到被動(dòng)周期內(nèi)的下一個(gè)波長。優(yōu)選的，被動(dòng)周期足夠長，這樣，在重新啟動(dòng)DAQ之前，光學(xué)元件的任何殘留運(yùn)動(dòng)被控制在可以接受的水平。以這種方式，經(jīng)過較少數(shù)量的旋轉(zhuǎn)周期即可畫出每個(gè)空間分量的光譜特性。另一實(shí)例就是分析器100被配置用來測量擴(kuò)展源的光譜分量，并且反射鏡或其它的光學(xué)元件被安裝在移動(dòng)臺(tái)上以便沿著一個(gè)或多個(gè)空間軸隔離擴(kuò)展源的特定部分。在被動(dòng)周期內(nèi)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期移動(dòng)臺(tái)步進(jìn)一次。以這種方式，經(jīng)過較少數(shù)量的旋轉(zhuǎn)周期即可畫出擴(kuò)展源的空間和光譜特性。另一實(shí)例就是分析器100被配置用來測量二維擴(kuò)展源沿第一空間軸的空間分量，并且反射鏡或其它的光學(xué)元件被安裝在移動(dòng)臺(tái)上以便沿著第二空間軸隔離擴(kuò)展源的特定截面部分。每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期移動(dòng)臺(tái)步進(jìn)一次，以便在被動(dòng)周期內(nèi)隔離擴(kuò)展源的下一個(gè)特定截面。以這種方式，經(jīng)過較少數(shù)量的旋轉(zhuǎn)周期，即可得到擴(kuò)展源的二維圖象。
在分析器100的另一實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波可以結(jié)合在一起，以增加編碼通道的數(shù)量而無需增加編碼束中的諧波的數(shù)量。以這種方式，編碼束的總調(diào)制帶寬以及相應(yīng)地，檢測器26產(chǎn)生的信號的帶寬能夠被減到最小。圖11B示出了兩種提高目標(biāo)圖象52的編碼的空間分辨率的方法。調(diào)制器22G包括兩套輻射濾波器，其為不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波。輻射濾波器50.34和50.35是旋轉(zhuǎn)周期的第一半的諧波，而輻射濾波器50.34’和50.35’是旋轉(zhuǎn)周期的第二半的諧波。輻射濾波器50.34和50.34’(50.35和50.35’)具有相同的相位和頻率。而且，輻射濾波器50.34和50.34’(50.35和50.35’)具有相同的徑向?qū)挾?。如圖11B所示，輻射濾波器50.34’沿著徑向軸相對于輻射濾波器50.34的距離大于或等于徑向?qū)挾龋⑶逸椛錇V波器50.35’沿著徑向軸相對于輻射濾波器50.34的距離小于徑向?qū)挾?。因?yàn)檫@樣，不同的編碼通道的總數(shù)量是4，并且不同編碼頻率和相位的總數(shù)量是2。為了采用調(diào)制器22G，輻射分析器100的子信號分離器28.sss將編碼信號相應(yīng)于調(diào)制器22G的旋轉(zhuǎn)周期的第一半和第二半分別分離成兩個(gè)子信號27.1和27.2。27.1由解碼算法28.dec處理以產(chǎn)生由50.34和50.35編碼的分量的幅度，并且27.2由解碼算法28.dec處理以產(chǎn)生由50.34’和50.35’編碼的分量的幅度。以這種方式，用兩個(gè)編碼函數(shù)可以確定目標(biāo)圖象52的四個(gè)徑向部分。
在前面的討論中，為了清楚，選擇了不完整旋轉(zhuǎn)周期和被動(dòng)周期的數(shù)量、每個(gè)不完整旋轉(zhuǎn)周期中的濾波器的數(shù)量，以及包括不完整旋轉(zhuǎn)周期(如徑向位置，徑向?qū)挾群蛯ο虻慕嵌?的環(huán)形段的結(jié)構(gòu)，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
超級光譜成像分析器在一些應(yīng)用中，有必要測量一些不連續(xù)輻射發(fā)射樣品的有限集合的一些光譜分量。輻射發(fā)射樣品的集合的實(shí)例包括多染料、多毛細(xì)(或多道)電泳，多染料、多樣品熒光分析物，以及具有來自遠(yuǎn)程采樣點(diǎn)的光譜分量的光學(xué)纖維的線性陣列。典型地，為此，采用了與光學(xué)器件相連的CCD相機(jī)，這些光學(xué)器件為沿第一軸的空間信息和沿第二軸的空間信息作投影圖。如果用光電倍增管(PMT)和多通道光學(xué)編碼器代替CCD相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)成本和性能的顯著優(yōu)勢。
圖1所示的分析器100的另一實(shí)施例，超級光譜成像分析器被配置來實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量分別從兩個(gè)或多個(gè)輻射發(fā)射樣品選擇的多個(gè)光譜分量。輻射源24是一組兩個(gè)或多個(gè)輻射發(fā)射樣品，每個(gè)所述樣品發(fā)射多個(gè)選擇的光譜分量中的輻射。源24發(fā)射的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(一維超級光譜成像光學(xué)器件)成像，以便在調(diào)制器22上形成目標(biāo)圖象52。目標(biāo)圖象52包括多個(gè)沿調(diào)制器22的公共徑向軸實(shí)質(zhì)上彼此分離的光譜分量(分別選自每個(gè)輻射發(fā)射樣品)。調(diào)制器22包括一些輻射濾波器，以便給目標(biāo)圖象52編碼，從而提供具有兩個(gè)或多個(gè)編碼分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)所述的輻射濾波器，這樣，所述的編碼分量與所述選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上有一對一的對應(yīng)。編碼束被后編碼器光學(xué)器件36B收集，引導(dǎo)和聚焦道檢測器26上。計(jì)算機(jī)28隨后分析檢測器26響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。
圖12A和圖12B分別為預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的實(shí)施例HS，36A(HS)的頂視圖和側(cè)視圖，其被用來為輻射發(fā)射樣品24.HS.1和24.HS.2的分散光譜分量沿著公共編碼軸Xe作投影圖。如圖12A和圖12B所示，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)包括兩個(gè)收集透鏡，36A(HS).C.136A(HS).C.2，單個(gè)衍射光柵36A(HS).DG，以及兩個(gè)聚焦透鏡，36A(HS).F.1和36A(HS).F.2。收集透鏡，36A(HS).C.136A(HS).C.2實(shí)質(zhì)上沿公共收集軸Xc安裝。收集透鏡被安裝以校準(zhǔn)由兩個(gè)沿公共樣品軸Xs排列的輻射發(fā)射樣品24.HS.1和24.HS.2發(fā)射的輻射。經(jīng)過校準(zhǔn)的輻射束由衍射光柵36A(HS).DG衍射，并被聚焦透鏡36A(HS).F.1和36A(HS).F.2(實(shí)質(zhì)上沿公共聚焦軸Xf排列)聚焦，以便大致在一個(gè)公共編碼平面內(nèi)形成兩個(gè)分散圖象52.HS.1和52.HS.2，各自的分散軸實(shí)質(zhì)上沿著公共編碼軸Xe。通過預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)，分別與來自樣品24.HS.1和24.HS.2的輻射對應(yīng)，目標(biāo)圖象52.HS包括兩個(gè)分散圖象52.HS.1和52.HS.2，其實(shí)質(zhì)上沿編碼軸Xe彼此分離，并且每個(gè)圖象具有與編碼軸Xe方向一致的各自的分散軸。
如圖12B所示，衍射光柵36A(HS).DG的平面是傾斜的，并且聚焦透鏡36A(HS).F.1和36A(HS).F.2的位置被調(diào)整為引導(dǎo)零次非衍射輻射離開優(yōu)選的束通道。如圖12A所示，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)包括一個(gè)或多個(gè)帶通濾波器36A(HS).BPF，以防止兩個(gè)分散圖象彼此交疊。如果樣品24.HS.1和24.HS.2被激勵(lì)輻射激勵(lì)，優(yōu)選的，帶通濾波器36A(HS).BPF在激勵(lì)輻射的波長具有有限的透射，這樣，激勵(lì)輻射的子圖象能夠被用于對準(zhǔn)。在本發(fā)明中，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)將與圖12C所示的調(diào)制器22HS一起被使用，即編碼軸Xe位于該平面內(nèi)，并沿著調(diào)制器22HS的徑向軸R。但是，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)還能夠與線性檢測器陣列，掃描狹縫，或可設(shè)定地址的空間光調(diào)制器一起使用。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)的這些和其它的變化及應(yīng)用屬于本發(fā)明的范疇。
圖12C為調(diào)制器22的實(shí)施例22HS的示意圖，其和預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(HS)一起被用于超級光譜成像分析器。調(diào)制器22HS包括兩組輻射濾波器55.HS.1和55.HS.2，用于分別給兩個(gè)輻射發(fā)射樣品24.HS.1和24.HS.2的分散圖象編碼。每個(gè)子圖形包括一些用來測量來自每個(gè)樣品的挑選的光譜分量的輻射濾波器。而且，為了校正和對準(zhǔn)，每個(gè)子圖形包括互補(bǔ)濾波器對，其位于(在每個(gè)輻射發(fā)射樣品中期望的)對準(zhǔn)光譜分量的預(yù)期的徑向位置。對準(zhǔn)分量的實(shí)例包括散射激勵(lì)能，Raman線，以及一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件中的光譜特征。優(yōu)選的，來自兩個(gè)濾波器對的信號被用作對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)的輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)在調(diào)制器22HS上。
在超級光譜成像分析器中，有兩個(gè)顯著的競爭編碼策略1)以光譜分辨率為代價(jià)，分離子圖象以獲得更高的信號水平；或2)以信號水平為代價(jià)，使子圖象交錯(cuò)以獲得更高的光譜分辨率。如果需要更高的光譜分辨率，可以在源24.HS(24.HS.1和24.HS.2)和檢測器26之間插入多帶通濾波器，從而允許分散的子圖象以更高的光譜分辨率互相交錯(cuò)。但是，這種提高了的光譜分辨率是以信號水平為代價(jià)的，其被多帶通濾波器降低。
在圖12A，圖12B和圖12C中，為了清楚，選擇了輻射發(fā)射樣品的光學(xué)結(jié)構(gòu)和數(shù)量、光學(xué)元件、以及輻射濾波器(和濾波器對)的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，要了解的是輻射發(fā)射樣品，光學(xué)元件，輻射濾波器和互補(bǔ)濾波器對的任意數(shù)量屬于本發(fā)明的范疇。
交錯(cuò)激勵(lì)編碼器在一些應(yīng)用中，可能希望測量樣品對兩或多個(gè)不同激勵(lì)輻射的分量的響應(yīng)。激勵(lì)輻射源的實(shí)例包括一組不同的激光，多線激光或與用于分離發(fā)射線的衍射性或折射性的光學(xué)器件相連的低壓煤氣燈，光學(xué)纖維，或燈/濾波器組合。樣品的實(shí)例包括多道/多毛細(xì)電泳，以及一組按線性陣列排列的不同的熒光發(fā)射(或Raman散射)樣品。這樣的和其它的激勵(lì)分量和樣品的實(shí)例屬于本發(fā)明的范疇。在一些情況下，還可能希望實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量樣品對兩個(gè)或多個(gè)不同的激勵(lì)分量的響應(yīng)。例如，一些樣品被激勵(lì)輻射改變，使得一系列的激勵(lì)/響應(yīng)測量的結(jié)果可能根據(jù)外加激勵(lì)分量的順序變化。另一實(shí)例就是在工業(yè)生產(chǎn)液流中流動(dòng)的樣品(如電泳、或細(xì)胞流血細(xì)胞計(jì)數(shù)器)，其中在測量處的滯留時(shí)間不足以連續(xù)地進(jìn)行激勵(lì)測量。下文所述的交錯(cuò)激勵(lì)編碼器(提供多組編碼激勵(lì)束，包括從兩個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源到一組樣品的輻射)允許實(shí)質(zhì)上同時(shí)地檢測來自樣品的、作為對兩個(gè)或多個(gè)不同激勵(lì)分量的響應(yīng)的被發(fā)射、散射、透射或反射的輻射。
交錯(cuò)激勵(lì)編碼器把包括兩個(gè)或多個(gè)編碼激勵(lì)束的兩個(gè)或多個(gè)激勵(lì)組提供給一組樣品中的兩個(gè)或多個(gè)樣品。交錯(cuò)激勵(lì)編碼器包括分析器100的大部分元件和激勵(lì)交錯(cuò)光學(xué)器件。激勵(lì)交錯(cuò)光學(xué)器件包括預(yù)編碼元件和后編碼元件。激勵(lì)交錯(cuò)光學(xué)器件的預(yù)編碼元件利用一個(gè)或多個(gè)衍射性、折射性或反射性的元件(或各元件的不同組合)產(chǎn)生(來自每個(gè)輻射源的子圖象陣列)兩個(gè)或多個(gè)輻射源(如激光線，單獨(dú)的激光，二極管，燈/濾波器組合)的多個(gè)子圖象，這樣，所述的兩個(gè)或多個(gè)輻射源的子圖象在一個(gè)編碼平面(即RGB-RGB-RGB-RGB，其中，R、G和B分別與長的、中等的和短的波長的激光的子圖象對應(yīng))內(nèi)沿編碼軸交錯(cuò)。多通道編碼器(如分析器/編碼器100)用實(shí)質(zhì)上唯一的調(diào)制函數(shù)為每個(gè)子圖象編碼以產(chǎn)生具有多組編碼激勵(lì)分量的編碼交錯(cuò)激勵(lì)束，其中，所述的組包括來自每個(gè)所述的輻射源的編碼分量(如RGB包括一組)?；蛘?，還可以將交錯(cuò)光學(xué)器件放置在編碼器之后。在這種情況下，可以編碼為RRRR-GGGG-BBBB并且交錯(cuò)光學(xué)器件可以從編碼束中構(gòu)建出激勵(lì)組(RGB)。激勵(lì)交錯(cuò)光學(xué)器件的后編碼元件(如一組物鏡，其中物鏡的數(shù)量與樣品的數(shù)量大致相等)聚焦每個(gè)所述組到樣品組中的相應(yīng)樣品上。優(yōu)選的，包括特定組的編碼束的子圖象被聚焦到相應(yīng)樣品的一個(gè)公共點(diǎn)上。優(yōu)選的，無需改變樣品上聚焦點(diǎn)的尺寸，即可對子圖象的強(qiáng)度進(jìn)行編碼。優(yōu)選的，沿著樣品上的一條或多條軸用實(shí)質(zhì)上均勻的空間照明度對子圖象的強(qiáng)度進(jìn)行編碼。
對應(yīng)于編碼激勵(lì)輻射，樣品組中的樣品發(fā)射、散射、透射或反射響應(yīng)輻射。在絕大多數(shù)情況下(如在線性近似中)，用與相應(yīng)的編碼激勵(lì)束的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)實(shí)質(zhì)上一樣的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)為響應(yīng)輻射編碼。對應(yīng)于激勵(lì)輻射，每個(gè)所述的樣品發(fā)射或散射一個(gè)或多個(gè)輻射響應(yīng)分量(或束)。優(yōu)選的，編碼激勵(lì)束組的陣列與樣品組對準(zhǔn)，這樣，在特定的編碼響應(yīng)分量和特定的樣品/激勵(lì)組合之間存在實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)(即，對于每個(gè)激勵(lì)源，每個(gè)樣品發(fā)射或散射一個(gè)編碼響應(yīng)束，避免了由于一個(gè)編碼激勵(lì)束激發(fā)了不止一個(gè)樣品而產(chǎn)生的激勵(lì)色度干擾。通過在樣品組的樣品之間放置輻射阻擋障礙物可以實(shí)現(xiàn)該目的。)。編碼響應(yīng)束被后編碼器光學(xué)器件36B收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26上，并且由檢測器響應(yīng)編碼響應(yīng)束而產(chǎn)生的信號由計(jì)算機(jī)28分析，以確定編碼分量的幅度。
如果應(yīng)用需要，可以通過在后編碼器光學(xué)器件36B和檢測器之間插入分光計(jì)或其它波長過濾裝置和掃描透射到檢測器的輻射的波長測量編碼響應(yīng)分量的光譜特性。更為優(yōu)選的，分光計(jì)或其它的波長分離裝置被用來引導(dǎo)編碼束的一些被選擇的光譜分量到達(dá)相同數(shù)量的檢測器。最優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28包括足夠數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，這樣，能夠?qū)嵸|(zhì)上同時(shí)地分析由檢測器響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量一組樣品對一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)輻射源的響應(yīng)的光譜特性。
二次編碼器時(shí)序信號同步化將多功能輻射分析器100中由光學(xué)開關(guān)70和71產(chǎn)生的時(shí)序和復(fù)位信號用市售的增量旋轉(zhuǎn)編碼器(IRE)代替是有益的。IRE是一種耐用的良好技術(shù)，其提供與旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的增量信號(事件，中斷)和復(fù)位信號(事件，中斷)。IRE安裝在軸電動(dòng)機(jī)42上，通過將IRE的增量信號和復(fù)位信號提供給觸發(fā)映射算法28.tma，IRE與計(jì)算機(jī)28相連，其將軟件產(chǎn)生的觸發(fā)事件輸出給28.adc并把解碼算法復(fù)位事件輸出給28.dec。這種方式的一個(gè)復(fù)雜性在于補(bǔ)償介于IRE的復(fù)位信號和調(diào)制器22的零角位(即由調(diào)制器模板22定義的零度的相對位置和IRE上的復(fù)位位置)之間的相對角偏移。該問題的一個(gè)解決方法就是采用一比特函數(shù)發(fā)生器，其由IRE增量信號計(jì)時(shí)(提供時(shí)間基礎(chǔ))并且由IRE復(fù)位信號觸發(fā)(確定產(chǎn)生的函數(shù)的起點(diǎn))。一比特函數(shù)發(fā)生器的輸出為28.adc提供觸發(fā)信號并且為28.dec提供復(fù)位信號。利用來自IRE的增量輸出作為28.adc的觸發(fā)器并利用來自IRE的復(fù)位信號確定數(shù)據(jù)采集間隔的起點(diǎn)和終點(diǎn)，通過分析對檢測器26產(chǎn)生的信號采樣獲得的波形，可以確定一比特函數(shù)發(fā)生器的模式。通過曲線擬合成預(yù)期的波形(如，IRE的復(fù)位信號和調(diào)制器22上的圖形之間的相位變化為0時(shí)，在調(diào)制器22的完整旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，在IRE間隔采樣的檢測器26的理想輸出)，波形(即在調(diào)制器22的完整旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，來自檢測器26的輸出)被分析，以確定IRE復(fù)位和調(diào)制器圖形22上的一個(gè)或多個(gè)子圖形之間的相對相位。在這個(gè)同步化步驟中，輻射源可以是與用來隔離一個(gè)或多個(gè)已知的編碼分量的強(qiáng)度電路模板相連的基準(zhǔn)燈。優(yōu)選的，同步化步驟在調(diào)制器22上采用專用的輻射源，專用的檢測器和一個(gè)或多個(gè)專用的基準(zhǔn)濾波器以便為分析提供已知的基準(zhǔn)波形。(如，為了分析，用于照明和/或隔離上述的一次幅度修正中的具體的輻射濾波器的系統(tǒng)可以被用來提供已知的檢測器信號。)一旦確定了IRE和調(diào)制器22之間的相對相位，可以建立來自IRE的觸發(fā)和復(fù)位信號和到達(dá)28.adc和28.dec的適當(dāng)?shù)挠|發(fā)和復(fù)位信號之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。優(yōu)選的，到達(dá)28.adc的觸發(fā)信號是IRE增量信號的整數(shù)倍或有理分式(如4，3，2，1，1/2，3/1，4/1)，并且用整體相位因數(shù)建立了28.dec所用的三角法對照表，用來說明軟件產(chǎn)生的ADC觸發(fā)信號和調(diào)制器22上的圖形之間的殘留相位變化(如，其由增量信號IRE的粗糙度和/或任何增量信號和軟件產(chǎn)生的觸發(fā)事件之間的等待時(shí)間引起)。
同步化步驟的輸出可以是對照表，其確定了一比特函數(shù)發(fā)生器。一比特函數(shù)發(fā)生器可以包括一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)周期，或多個(gè)獨(dú)立的(如多個(gè)具有公共時(shí)間基礎(chǔ)的函數(shù)發(fā)生器)輸出，以使數(shù)據(jù)采集與調(diào)制器圖形同步，其包括不完整旋轉(zhuǎn)周期的諧波或涉及為多個(gè)檢測器采樣的應(yīng)用。
多變量化學(xué)計(jì)量分析器由于能夠針對具體的應(yīng)用，配置調(diào)制器22上的輻射濾波器和濾波器對的徑向位置和徑向?qū)挾?，本發(fā)明用作多變量化學(xué)計(jì)量分析器是很理想的。圖1A中的分析器100的另一實(shí)施例，多變量化學(xué)計(jì)量分析器被配置來實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量樣品中所選的多種分析物的濃度。通常，分析物吸收，和/或散射，和/或發(fā)射的輻射是它們各自的濃度的函數(shù)。在下文的討論中，我們考慮了一種儀器，其被設(shè)計(jì)來測量第一組所選的分析物，這些分析物吸收的輻射是各自的濃度的函數(shù)。要了解的是設(shè)計(jì)用來測量兩種或多種散射或發(fā)射輻射的分析物的分析器100的其它實(shí)施例屬于本發(fā)明的范疇。
輻射源24提供寬帶輻射，其包含來自每個(gè)所選分析物的至少一個(gè)光譜特征。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A包括至少一個(gè)衍射性，折射性或過濾元件以便沿調(diào)制器22的徑向軸形成分散圖象52。調(diào)制器22包括第二組輻射濾波器和/或輻射濾波器對，以便當(dāng)調(diào)制器22繞軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，為來自源24的第三組所選擇的輻射光譜分量編碼，以提供編碼束。每個(gè)濾波器占據(jù)環(huán)形區(qū)域(或環(huán)形段)，其具有實(shí)質(zhì)上確定相應(yīng)的光譜分量的中心波長的徑向位置和實(shí)質(zhì)上確定相應(yīng)的光譜分量的帶寬的徑向?qū)挾取?br> 后編碼器光學(xué)器件36B收集并引導(dǎo)編碼束到達(dá)至少一個(gè)輻射檢測器26上，其將編碼信號27提供給計(jì)算機(jī)28.adc。計(jì)算機(jī)28包括解碼算法28.dec，其為信號27解碼以提供一個(gè)或多個(gè)編碼光譜分量的幅度作為特定應(yīng)用函數(shù)28.asf的輸入，化學(xué)計(jì)量算法計(jì)算一個(gè)或多個(gè)所選分析物的濃度。
優(yōu)選的，一個(gè)或多個(gè)樣品或樣品單元(如圖1A的樣品38)被放置在源24和檢測器26之間，以便進(jìn)行多變量化學(xué)計(jì)量分析。
優(yōu)選的，通過明智地選擇的光譜元件，化學(xué)計(jì)量算法的性能可以被優(yōu)化。例如，調(diào)制器22上的輻射濾波器和/或輻射濾波器對的徑向位置和徑向?qū)挾瓤梢员徽{(diào)整以提供最優(yōu)的光譜分量，其使由一個(gè)或多個(gè)光譜分量中的強(qiáng)度(測量)誤差引起的、由28.asf計(jì)算得到的濃度誤差最小。以這種方式，由調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的編碼分量為化學(xué)計(jì)量算法提供了理想的輸入。對于給定的分散目標(biāo)圖52，有唯一的調(diào)制器模板，其將理想的光譜輸入提供給具體的多變量化學(xué)計(jì)量應(yīng)用。以這種方式，多變量化學(xué)計(jì)量分析器的調(diào)制器模板21與特定的目標(biāo)圖象52和一組特定的分析物對應(yīng)。下文介紹了一種方法，用來優(yōu)化用于化學(xué)計(jì)量應(yīng)用的調(diào)制器。
優(yōu)選的，輻射源24包括至少一個(gè)基準(zhǔn)光譜分量，其強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上不受分析物濃度的影響，并且調(diào)制器22包括相應(yīng)的輻射濾波器以提供編碼基準(zhǔn)分量，其被用來使化學(xué)計(jì)量算法中所用的光譜分量的幅度標(biāo)準(zhǔn)化。優(yōu)選的，多變量化學(xué)計(jì)量分析器采用兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)光譜分量以及兩個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的輻射濾波器(或?yàn)V波器對)，以提供28.asf所用的編碼基準(zhǔn)分量，以便于測量源24的光譜輸出的變化(如實(shí)質(zhì)上是黑體的輻射器的溫度)和/或檢測器26的光譜響應(yīng)度。以這種方式，化學(xué)計(jì)量算法28.asf可以區(qū)分分析物濃度的變化和源24的輸出的變化或檢測器26的響應(yīng)度的變化。
優(yōu)選的，在源24和檢測器26之間的光學(xué)通道中插入樣品(如圖1A的樣品38)，以提供已知長度的受控光學(xué)通道。優(yōu)選的，樣品38是具有泵和計(jì)算機(jī)控制的閥的采樣系統(tǒng)的一部分，這樣一個(gè)或多個(gè)單元可以被交替地裝滿零氣體(即所含化學(xué)計(jì)量分析物的濃度為零的氣體)和含有分析物的樣品氣體。零氣體的實(shí)例包括空氣、氮?dú)?，氬氣等。以這種方式，由樣品氣體過濾的一個(gè)或多個(gè)光譜分量的幅度可以由經(jīng)零氣體過濾的一個(gè)或多個(gè)光譜分量的幅度校準(zhǔn)(或標(biāo)準(zhǔn)化)。
在多變量化學(xué)計(jì)量分析器的一個(gè)實(shí)施例中，含有樣品38的單元和檢測器26被組裝到一個(gè)單個(gè)元件(如空氣檢測器)中。
優(yōu)選的，多變量化學(xué)計(jì)量分析器包括一個(gè)或多個(gè)光譜校正濾波器組(在下文的光譜校正分析器中進(jìn)行了描述)以調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22的徑向軸上。
優(yōu)選的，多變量化學(xué)計(jì)量分析器包括一個(gè)或多個(gè)檢測器響應(yīng)度頻率校準(zhǔn)濾波器組(在檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)補(bǔ)償分析器中進(jìn)行了描述)，以便針對頻率相關(guān)的檢測器26使不同編碼分量標(biāo)準(zhǔn)化。
多變量化學(xué)計(jì)量分析器的配置方法在這部分我們描述一種產(chǎn)生優(yōu)化圖形21的方法(如軟件算法)，其用于多變量化學(xué)計(jì)量分析器的空間輻射調(diào)制器22，以便分析(如確認(rèn)并量化)一個(gè)或多個(gè)樣品中的分析物組。
圖13A為，多變量化學(xué)計(jì)量分析器的實(shí)施例所用的調(diào)制器22的一種配置方法的示意圖，其測量兩種分析物ψ1和ψ2的濃度，它們所吸收的輻射是它們各自的濃度ξ1和ξ2的函數(shù)，要了解的是該方法可以適用于設(shè)計(jì)來測量兩個(gè)或多個(gè)散射或發(fā)射輻射的分析物的分析器100的其它實(shí)施例。這樣的和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。如圖13A中的垂直虛線所示，該方法輸入已知濃度和實(shí)驗(yàn)條件的每個(gè)分析物的相應(yīng)的光譜ψ1(λ)和ψ2(λ)，每個(gè)在源24的至少一個(gè)光譜范圍內(nèi)具有至少一個(gè)與濃度相關(guān)的光譜特征。實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)例包括光學(xué)通道長度，溫度，濕度和壓力。優(yōu)選的，該光譜是電子格式的。
如圖13A中的水平虛線所示，該方法輸入?yún)?shù)，其確定一組兩個(gè)初始光譜窗口，TMC.1(0)(λ)和TMC.2(0)(λ)，其分別由中心波長λ0MC.1和λ0MC.2及帶寬ΔλMC.1和ΔλMC.2定義。盡管有更精細(xì)的模型(如解決有限光譜分辨率的模型)屬于本發(fā)明的范疇，在下文的討論中，我們考慮以下的TMC.1(0)(λ)和TMC.2(0)(λ)的模型Tj(λ)=0...λ<(λ0j-Δλj2)1...(λ0j-Δλj2)≤λ≤(λ0j+Δλj2)0...λ>(λ0j+Δλj2)---(12)]]>優(yōu)選的，確定初始光譜窗口的參數(shù){λ0MC.1，ΔλMC.1}(0)和{λ0MC.2，ΔλMC.2}(0)被儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)文本文件中，在優(yōu)化時(shí)間段的起點(diǎn)被引入，由優(yōu)化步驟更新，并在優(yōu)化步驟結(jié)束時(shí)被輸出到一個(gè)優(yōu)化光譜窗口文件。以這種方式，經(jīng)過優(yōu)化的光譜窗口可以被用作隨后優(yōu)化的初始光譜窗口。
如圖13A所示，算法80計(jì)算作為分析物濃度的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)的光譜分量強(qiáng)度SMC.1和SMC.2Sj=1Sj0∫dλI(λ)Tj(λ)Πk=12ψk(λ;ξk)---(13)]]>其中，I(λ)是當(dāng)調(diào)制器22被反射性均勻(或透射性均勻)的基底23代替時(shí)，源24發(fā)射的到達(dá)檢測器26的輻射的與波長相關(guān)的強(qiáng)度，j＝{MC.1，MC.2}，SMC.10和SMC.20為在零濃度極限(如樣品單元充滿了零氣體或零液體)內(nèi)的光譜窗口強(qiáng)度Sj0=∫dλI(λ)Tj(λ)---(14)]]>與分析物k＝{ψ1，ψ2}的吸光率相關(guān)的光譜分量j＝{MC.1，MC.2}的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度被定義為 其中，對于第k個(gè)分析物濃度，吸光率函數(shù)(其包括影響通道長度，壓力，溫度等) 在多項(xiàng)式中展開 在線性吸光率范圍(即低濃度范圍)中，Sjk可以近似為Sjk≈e-Ajkξk,---(17)]]>則，化學(xué)計(jì)量的方程組變?yōu)?ln(S)≈Aξ(18)經(jīng)過轉(zhuǎn)換，分析物濃度作為標(biāo)準(zhǔn)光譜分量表示的函數(shù)ξ≈A-1[-ln(S)]， (19)
其中，A-1是化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣的逆矩陣。
如圖13A所示，算法81輸入不同分析物濃度的標(biāo)準(zhǔn)光譜分量并輸出逆化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣A-1。利用A-1和一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)度誤差δS＝{δSMC.1，δSMC.2}作為輸入，算法82計(jì)算出作為每個(gè)光譜分量的強(qiáng)度誤差的函數(shù)的每個(gè)分析物的至少一個(gè)濃度誤差。優(yōu)選的，算法82計(jì)算出由強(qiáng)度誤差實(shí)質(zhì)上隨機(jī)的分布產(chǎn)生的濃度誤差的統(tǒng)計(jì)樣本。可供選擇的其它統(tǒng)計(jì)方法包括估算逆化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣A-1的一個(gè)或多個(gè)條件數(shù)。在這種情況下，A-1可以完全被用作經(jīng)過82提供給算法83的輸入。這樣的和其它的噪音傳遞的測定屬于本發(fā)明的范疇。
在線性吸光率范圍中，濃度誤差δξ這樣表示δξ≡A-1[ln(1+δS)](20)其中，δξ＝{δξ1，δξ2}為與強(qiáng)度誤差δS＝{δSMC.1，δSMC.2}對應(yīng)的ψ1和ψ2的濃度誤差(即錯(cuò)誤濃度)。
如圖13A所示，算法83輸入一個(gè)或多個(gè)濃度誤差并輸出至少一個(gè)當(dāng)前噪音特征函數(shù)χ(n)。噪音特征函數(shù)的實(shí)例包括A-1的多種條件數(shù)。在圖13A中，我們考慮基于從光譜上的隨機(jī)強(qiáng)度誤差得到的濃度誤差的統(tǒng)計(jì)分析(均方根)的噪音特征函數(shù)M.F=(δξ1)2+(δξ2)2---(2)]]>其中，<δξ1>和<δξ2>為28.asf響應(yīng)隨機(jī)強(qiáng)度噪音(即強(qiáng)度誤差δSMC.1和δSMC.2的隨機(jī)分布)計(jì)算出的ψ1和ψ2的相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)平均濃度誤差。
如圖13A中的虛線圓所示，算法84將當(dāng)前特征函數(shù)χ(n)與先前最佳特征函數(shù)χopt相比。如果當(dāng)前特征函數(shù)χ(n)比先前最佳特征函數(shù)χopt更優(yōu)，χopt被χ(n)代替，并且TMC.1opt和TMC.2opt被TMC.1(n)和TMC.2(n)代替。在圖13A所示的優(yōu)化回路中的第一次疊代中，χopt和{TMC.1opt，TMC.2opt}分別被賦予初值χ(0)和TMC.1(0)和TMC.2(0)。
如圖13A所示，優(yōu)化回路由以下算法順序確定85，80，81，82，83，84并回到85，當(dāng)算法85產(chǎn)生后續(xù)的多組光譜窗口TMC.1(n+1)和TMC.2(n+1)時(shí)重復(fù)該回路，通過對稱地改變初始光譜窗口的中心波長和帶寬，即通過搜索目標(biāo)圖象52提供的中心波長和帶寬的整個(gè)參數(shù)空間而獲得該TMC.1(n+1)和TMC.2(n+1)。
一旦確定了最優(yōu)的光譜窗口系列，相應(yīng)的中心波長和帶寬必須被映射到調(diào)制器22的徑向軸上。如圖13A所示，算法86輸入至少一個(gè)分散函數(shù)λ52(r)(優(yōu)選的，以電子格式)以便將目標(biāo)圖象52的光譜特性與調(diào)制器22的徑向位置聯(lián)系起來。分散函數(shù)λ52(r)作為調(diào)制器22的徑向位置的函數(shù)與分散圖象52的波長相關(guān)。該分散函數(shù)被轉(zhuǎn)換以得到r52(λ)，調(diào)制器22的徑向位置作為波長的函數(shù)。逆分散函數(shù)r52(λ)被算法86用來將優(yōu)化的中心波長和帶寬系列在調(diào)制器22上轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的環(huán)形區(qū)域系列(或環(huán)形段，即如圖11A所示)，RMC1opt和RMC2opt。以這種方式，優(yōu)化環(huán)形區(qū)域(或環(huán)形段)RMC1opt和RMC2opt分別具有與優(yōu)化光譜窗口TMC.1opt和TMC.2opt實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。
一旦確定了優(yōu)化環(huán)形區(qū)域(或環(huán)形段)RMC1opt和RMC2opt，算法87為輻射濾波器50.MC.1和50.MC.2(或?yàn)V波器對)設(shè)定模式，其具有在每個(gè)所述的相應(yīng)的環(huán)形區(qū)域(或環(huán)形段)中的多個(gè)子區(qū)域(具有與基底23實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性)，以提供相應(yīng)的唯一的調(diào)制函數(shù)系列，以便為最優(yōu)光譜分量編碼。優(yōu)選的，子區(qū)域被成形以提供調(diào)制函數(shù)，當(dāng)空間輻射調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，其為實(shí)質(zhì)上正交的平滑函數(shù)或具有三個(gè)或多個(gè)不同對比水平的正交平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式。優(yōu)選的，調(diào)制函數(shù)的形式為sin2(mθ+pπ/4)。最優(yōu)選的，諧波m被選為質(zhì)數(shù)，以便使編碼最優(yōu)光譜分量之間的色度干擾最小(即使內(nèi)通道的正交性最大)。以這種方式，當(dāng)調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)被編碼的最優(yōu)光譜分量與最優(yōu)光譜窗口TMC.1opt和TMC.2opt對應(yīng)。
優(yōu)選的，最優(yōu)圖形21以和不同印刷和光刻圖形發(fā)生器匹配的電子格式輸出(例如，設(shè)計(jì)互換格式，或DXF)。
注意最優(yōu)光譜窗口TMC.1opt和TMC.2opt被映射在了調(diào)制器22的環(huán)形區(qū)域上，其環(huán)繞為目標(biāo)圖象52的被選擇的光譜分量編碼的輻射濾波器和/或?yàn)V波器對。換而言之，光譜分量由目標(biāo)圖象52和輻射濾波器和/或?yàn)V波器對的重疊定義，其被調(diào)整為始于最優(yōu)光譜窗口TMC.1opt和TMC.2opt。以這種方式，本發(fā)明的調(diào)制器22上的最優(yōu)化學(xué)計(jì)量編碼器圖形21對應(yīng)于化學(xué)計(jì)量優(yōu)化問題的解決方法，并且代替了用于傳統(tǒng)的非分散性化學(xué)和熒光分析器的定制的帶通濾波器。
多變量化學(xué)計(jì)量分析器的碳?xì)浠衔飳?shí)例圖13B和圖13C示出了之前提到的過程的實(shí)際例子，說明了用于五種碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)計(jì)量的分析物光譜、最優(yōu)光譜窗口以及調(diào)制器22HC上的輻射濾波器之間的對應(yīng)。
圖13C示出了碳?xì)浠衔锛淄椤⒈?、丁烷、戊烷和己烷?.0～3.6微米光譜范圍內(nèi)的各自的透射光譜，以及最優(yōu)光譜窗口THC.1到THC.2。利用上述方法獲得最優(yōu)光譜窗口THC.1到THC.2。圖13C還包括位于該光譜范圍之外的基準(zhǔn)光譜窗口THC.R，其中分析物吸收輻射以提供對源24的整體強(qiáng)度和/或檢測器26的響應(yīng)度的測量。優(yōu)選的，多變量化學(xué)計(jì)量分析器采用兩個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)光譜分量以測量源24和/或檢測器26的光譜響應(yīng)度中的變化。
圖13B示出了調(diào)制器22HC上的輻射濾波器50.HC.1到50.HC.5以及50.HC.R的最優(yōu)配置。圖13C和目標(biāo)圖象52.HC之間的虛線是用來說明化學(xué)計(jì)量優(yōu)化光譜窗口和調(diào)制器22HC上的輻射濾波器的經(jīng)過調(diào)整的模式之間的一對一的對應(yīng)。
在對多變量化學(xué)計(jì)量分析器和相應(yīng)的配置方法的描述中，選擇樣品38的位置用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
在多變量化學(xué)計(jì)量分析器和相應(yīng)的配置方法中，選擇分析物的數(shù)量用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
在多變量化學(xué)計(jì)量分析器和相應(yīng)的配置方法中，選擇基準(zhǔn)分量的數(shù)量用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
在多變量化學(xué)計(jì)量分析器和相應(yīng)的配置方法中，一個(gè)或多個(gè)輻射濾波器可以被互補(bǔ)或聚光鏡濾波器對代替。這樣的和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。
在多變量化學(xué)計(jì)量分析器和相應(yīng)的配置方法中，選擇目標(biāo)圖象的數(shù)量和輻射檢測器的數(shù)量用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。在一些化學(xué)計(jì)量應(yīng)用中，包括兩個(gè)或多個(gè)光譜范圍(目標(biāo)圖象)、帶通和/或分色鏡，以及兩個(gè)或多個(gè)輻射檢測器可以是有益的。
通過改變分散圖象52的光譜范圍，并為調(diào)制器22配置合適的圖形，對于碳?xì)浠衔锛淄?、丙烷、丁烷、戊烷和己烷所描述的裝置和過程適用于氣體、液體和固體相中的不同化學(xué)藥品種類。例如，揮發(fā)性的有機(jī)化學(xué)藥品、溶劑、水、污染物、汽油添加劑、麻醉劑、碳的氯氟化合物(CFC)、細(xì)菌群、天然氣的組分以及化學(xué)武器都具有化學(xué)信號，可以被用于量化和識別。對于這些和其它的化學(xué)信號的應(yīng)用屬于本發(fā)明的范疇。對于碳?xì)浠衔锛淄?、丙烷、丁烷、戊烷和己烷所描述的裝置和過程也適用于對熒光染料進(jìn)行識別并量化。根據(jù)其它基于輻射的光譜信號(如熒光、Raman線和原子發(fā)射)，對化學(xué)組成進(jìn)行識別并量化的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的范疇。
優(yōu)選的，共用實(shí)質(zhì)上公共的平臺(tái)(如共用實(shí)質(zhì)上相同的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A，后編碼器光學(xué)器件36B，樣品單元38，檢測器26和計(jì)算機(jī)28)的一類裝置可以從多變量化學(xué)計(jì)量分析器派生出來，其中，調(diào)制器圖形21被設(shè)計(jì)用于具體的應(yīng)用(即，在這類裝置中調(diào)制器圖形21和28.asf是具體裝置之間的主要區(qū)別)。以這種方式，對于應(yīng)用特定化學(xué)計(jì)量分析器的不同方案，可以使用經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模制造過程。
光譜校準(zhǔn)分析器本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特之處就是能夠構(gòu)建互補(bǔ)濾波器對，其產(chǎn)生單個(gè)的編碼分量，其中由入射到具有該對的兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例確定幅度和相位。在輻射譜分析器100的另一實(shí)施例光譜校準(zhǔn)分析器中，選擇互補(bǔ)濾波器對的徑向位置和徑向?qū)挾葋頇z測目標(biāo)圖象52的特定的、已知的光譜特征，以便調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22的徑向軸上。以這種方式，由互補(bǔ)對55編碼的分量的幅度和相位可以被用來調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22上。
適于光譜校準(zhǔn)的已知光譜特征的實(shí)例包括H2O，CO2，甲烷，塑料和其它普通化學(xué)藥品的不同吸收特征，普通染料的發(fā)射譜，激勵(lì)激光線，衍射圖(如干擾帶)，不同的Raman線(如N2，O2和H2O)以及普通光學(xué)材料(如玻璃、藍(lán)寶石、ZnSe、Ge、BaF2等等)的光譜邊界和薄膜濾波器。這些和其它的適于調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22的徑向軸上的光譜特征屬于本發(fā)明的范疇。
在下面的討論中，為了說明，我們考慮用甲烷(CH4)和CO2的吸收特性進(jìn)行光譜校準(zhǔn)，這并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
對于以下的討論，定義一個(gè)解調(diào)諧互補(bǔ)對輻射分量比較方便S_(Δ)=∫dλ{T1(λ+Δ)Δλ1-T2(λ+Δ)Δλ2}ψcal(λ)---(22)]]>以及解調(diào)諧聚光鏡對輻射分量
S+(Δ)=∫dλ{T1(λ+Δ)Δλ1+T2(λ+Δ)Δλ2ψcal(λ)---(23)]]>其中，Δ為目標(biāo)圖象52相對于調(diào)制器圖形21沿著徑向軸的矢量位移，ψcal(λ)是校準(zhǔn)分析物的與波長相關(guān)的透射光譜，并且T1(λ)和T2(λ)分別是具有該解調(diào)諧聚光鏡對的第一和第二濾波器的標(biāo)準(zhǔn)透射。
Tj(λ)=0...λ<(λ0j-Δλj2)1...(λ0j-Δλj2)≤λ≤(λ0j+Δλj2)0...λ>(λ0j+Δλj2)---(24)]]>優(yōu)選的，調(diào)整與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對，使得當(dāng)目標(biāo)圖象52正確對準(zhǔn)到調(diào)制器22的徑向軸上時(shí)，S-(Δ)的幅度為空(即達(dá)到零)limΔ→0S_(Δ)=0---(25)]]>優(yōu)選的，調(diào)整與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對，使得在預(yù)期的目標(biāo)圖象52沿調(diào)制器22徑向軸解調(diào)諧的范圍內(nèi)，S-(Δ)的幅度和相位是單值的。優(yōu)選的，相應(yīng)編碼分量的幅度是目標(biāo)圖象52沿調(diào)制器22的徑向軸的解調(diào)諧的強(qiáng)函數(shù)，從而能夠最精確地調(diào)整52對準(zhǔn)到22上。
獲得為光譜校準(zhǔn)而經(jīng)過優(yōu)化的互補(bǔ)對的一種方法系統(tǒng)地分別改變T1和T2的中心波長和帶寬，以確定使特征函數(shù)最小的參數(shù)，特征函數(shù)為M.F.=1+|S_(0)|S_(Δ0)-S_(-Δ0)---(26)]]>其中，Δ0是預(yù)期最大解調(diào)諧參數(shù)。對于給定的校準(zhǔn)應(yīng)用，為了找到的最優(yōu)互補(bǔ)對，互補(bǔ)濾波器的中心波長和帶寬系統(tǒng)地變化，以使特征函數(shù)最小。
一旦找到T1和T2的合適參數(shù)，通過沿調(diào)制器22的徑向軸相對于校準(zhǔn)分析物的透射光譜移動(dòng)T1和T2，可以得到(理論的)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線F。標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線的一個(gè)這樣的模型由下式給出F(Δ)=S_(Δ)2-S+(Δ)---(27)]]>其中，Δ是波長解調(diào)諧參數(shù)，即目標(biāo)圖象52沿著調(diào)制器22的徑向軸的矢量位移。
優(yōu)選的，調(diào)整與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對和與S+(Δ)對應(yīng)的聚光鏡濾波器對，使得標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線在不同濃度范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上不受校準(zhǔn)分析物濃度的影響。
優(yōu)選的，調(diào)整與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對和與S+(Δ)對應(yīng)的聚光鏡濾波器對，使得它們各自的環(huán)形段不包括被特定應(yīng)用濾波器占據(jù)的環(huán)形區(qū)域或環(huán)形段；如，徑向位置和/或環(huán)形段將最優(yōu)化學(xué)計(jì)量濾波器與和S-(Δ)及S+(Δ)對應(yīng)的濾波器對分離。
在光譜校準(zhǔn)分析器中，選擇調(diào)制器22上的校準(zhǔn)組中的濾波器對的數(shù)量和結(jié)構(gòu)用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。在光譜校準(zhǔn)分析器中，選擇特征函數(shù)的形式和標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
優(yōu)選的，光譜校準(zhǔn)分析器包括平移臺(tái)(如圖9B的元件35)用于沿調(diào)制器22的徑向軸解調(diào)諧目標(biāo)圖象52的位置，以產(chǎn)生方程(27)的經(jīng)驗(yàn)形式。優(yōu)選的，該平移臺(tái)與裝在已知長度的樣品單元(如與圖1A的樣品單元38相似，插在24和26之間)內(nèi)的已知濃度的校準(zhǔn)氣體一起使用，以產(chǎn)生一條或多條校準(zhǔn)曲線，用于后續(xù)的裝置和/或隨后的裝置組裝過程。最優(yōu)選的，該平移臺(tái)與背景分析物(如CO2，CH4，H2O，N2或O2)一起使用以產(chǎn)生一條或多條校準(zhǔn)曲線，用于后續(xù)的裝置和/或隨后的裝置組裝過程。
優(yōu)選的，已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)氣體被裝在已知長度的樣品單元中(如圖1A中的樣品38)，其位于光譜校準(zhǔn)分析器的源24和檢測器26之間的光學(xué)通道中，以便正確的使校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)化。優(yōu)選的，與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對被限定在包括不完整旋轉(zhuǎn)周期的環(huán)形段內(nèi)(如圖11A所示)，并增加了測量目標(biāo)圖象52的實(shí)質(zhì)上相同的部分的未配對的輻射濾波器。最優(yōu)選的，與S-(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)濾波器對被限定在包括不完整旋轉(zhuǎn)周期的環(huán)形段內(nèi)，并增加了與S+(Δ)對應(yīng)的聚光鏡濾波器對，其具有與互補(bǔ)濾波器對實(shí)質(zhì)上相同的徑向位置和徑向?qū)挾?，但占?jù)了不同的環(huán)形段，如互補(bǔ)濾波器對占據(jù)了調(diào)制器22的第一個(gè)半周期，而相應(yīng)的聚光鏡濾波器對則占據(jù)了第二個(gè)半周期(如圖14C所示)。以這種方式，可以在較寬的校準(zhǔn)分析物濃度范圍內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線。
優(yōu)選的，來自一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對的經(jīng)過解碼的幅度和相位被用來給特定應(yīng)用函數(shù)28.asf提供反饋，以補(bǔ)償運(yùn)行過程中有缺陷的對準(zhǔn)的影響(如補(bǔ)償由溫度變化引起的對準(zhǔn)和調(diào)制器半徑的變化)。優(yōu)選的，來自一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對和相應(yīng)的聚光鏡對(或未配對的濾波器)的經(jīng)過解碼的幅度和相位被用來給特定應(yīng)用函數(shù)28.asf提供反饋，以補(bǔ)償運(yùn)行過程中有缺陷的校準(zhǔn)的影響，如補(bǔ)償對應(yīng)于溫度變化引起的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的尺寸或校準(zhǔn)的變化。
對于分析器100，包括平移臺(tái)35是額外的花費(fèi)。因此，希望在裝置的批量生產(chǎn)中不包括電動(dòng)平移臺(tái)35。優(yōu)選的，來自一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對的經(jīng)過解碼的幅度和相位被用來提供反饋，以便在組裝過程中，用于預(yù)編碼器光學(xué)器件相對于調(diào)制器22的校準(zhǔn)。更為優(yōu)選的，來自一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對和相應(yīng)的聚光鏡對(或未配對的濾波器)的經(jīng)過解碼的幅度和相位被用來提供反饋，以便在組裝過程中，用于預(yù)編碼器光學(xué)器件相對于調(diào)制器22的校準(zhǔn)。
優(yōu)選的，優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對和相應(yīng)的聚光鏡對的結(jié)構(gòu)，以檢測目標(biāo)圖象52中裝在已知長度的樣品單元內(nèi)的已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)氣體(如氮?dú)庵械牡蜐舛燃淄?的一個(gè)或多個(gè)光譜特征相對于調(diào)制器22的相對校準(zhǔn)。以這種方式，標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)氣體被用作“校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”(或標(biāo)定)，以便在組裝過程中，在相對于調(diào)制器22安裝預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的過程中提供組裝技術(shù)員指南(反饋)。更為優(yōu)選的，分別與S-(Δ)和S+(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)和聚光鏡濾波器對被優(yōu)化，以檢測目標(biāo)圖象52中背景CO2和/或水蒸氣的一個(gè)或多個(gè)光譜特征相對于調(diào)制器22的相對校準(zhǔn)。以這種方式，背景CO2和/或水蒸氣被用作“校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”(或標(biāo)定)以便在組裝過程中，在相對于調(diào)制器22安裝預(yù)編碼器光學(xué)器件36A的過程中為組裝技術(shù)員提供指導(dǎo)(反饋)。
優(yōu)選的，分別與S-(Δ)和S+(Δ)對應(yīng)的互補(bǔ)和聚光鏡濾波器對被優(yōu)化，以檢測目標(biāo)圖象52中背景CO2和/或水蒸氣的一個(gè)或多個(gè)光譜特征相對于調(diào)制器22的相對校準(zhǔn)，以便能夠進(jìn)行在位校準(zhǔn)步驟；如，連續(xù)地調(diào)整目標(biāo)圖象52相對于調(diào)制器22的校準(zhǔn)(如對應(yīng)于周圍溫度的變化)，并針對由目標(biāo)圖象52相對于調(diào)制器22的校準(zhǔn)的變化所引起的非自然信號對隨后的解碼分量和/或特定應(yīng)用算法28.asf進(jìn)行補(bǔ)償。
圖14A示出了最優(yōu)校準(zhǔn)光譜窗口TSC.1到TSC.4并且圖14B分別示出了產(chǎn)生的在3.0～4.5微米范圍內(nèi)獲得的CH4和CO2的光譜吸收特征的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線。兩條校準(zhǔn)曲線展示了在±0.5毫米的徑向解調(diào)諧范圍(即目標(biāo)圖象52相對于圖14C所示的調(diào)制器圖形21的徑向位移)內(nèi)的單值行為。可見對于校準(zhǔn)氣體的可比濃度，CO2的校準(zhǔn)曲線(虛線)是解調(diào)諧因子的強(qiáng)函數(shù)(即52相對于22SC上的理想校準(zhǔn)的平移)，使得能夠?qū)崿F(xiàn)分析器100對CO2的光譜校準(zhǔn)。
圖14C示出了調(diào)制器22SC的實(shí)施例22，其中CH4和CO2的透射光譜被用來調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22SC的徑向軸上。圖形21SC包括兩個(gè)校準(zhǔn)組，其被優(yōu)化以便分別利用CH4和CO2的吸收特征調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22SC的表面上。包括互補(bǔ)濾波器對55.SC.1和聚光鏡濾波器對57.SC.1的第一校準(zhǔn)組檢測CH4的透射光譜以調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22SC上。包括互補(bǔ)濾波器對55.SC.2和聚光鏡濾波器對57.SC.2的第二校準(zhǔn)組檢測CO2的透射光譜以調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22SC上。如圖14C中的粗體點(diǎn)段線所示，調(diào)制器圖形21SC被分成兩個(gè)半周期。互補(bǔ)濾波器對55.SC.1和聚光鏡濾波器對57.SC.2占據(jù)了調(diào)制器22SC的第一個(gè)半周期，并且聚光鏡濾波器對57.SC.1和互補(bǔ)濾波器對55.SC.2占據(jù)了調(diào)制器22SC的第二個(gè)半周期。以這種方式，可以在調(diào)制器22SC的旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)測量標(biāo)準(zhǔn)解調(diào)諧因子(即標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線上的一個(gè)點(diǎn))。校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)質(zhì)上減少了對已知數(shù)量的校準(zhǔn)氣體的需要。優(yōu)選的，標(biāo)準(zhǔn)解調(diào)諧因子與標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線相比以調(diào)整52對準(zhǔn)到22SC上。
圖14D示出了最優(yōu)校準(zhǔn)光譜窗口TSC.1到TSC.4，并且圖14C示出了調(diào)制器22SC上的輻射濾波器對(55.SC.1，55.SC.2，57.SC.1和57.SC.2)的結(jié)構(gòu)，以說明最優(yōu)校準(zhǔn)光譜窗口和輻射濾波器對的經(jīng)過調(diào)整的圖形21之間的一對一的對應(yīng)。
在圖14C中，包括光譜校準(zhǔn)濾波器對55.SC.1，55.SC.2，57.SC.1和57.SC.2的輻射濾波器并不相鄰。對于具有單個(gè)主要特征或非常分散的特征的光譜特征(如激勵(lì)激光線，衍射極大值)，相鄰的光譜校準(zhǔn)濾波器是有益的。
在對光譜校準(zhǔn)分析器的描述中，分別選擇3.3和4.2微米的CH4和CO2的光譜吸收特征只是為了說明。其它的光譜范圍，其它的氣體(水蒸氣，O2等等)，其它的校準(zhǔn)分析物(包括液態(tài)H2O，吸收劑染料，熒光染料)，以及其它的透射、散射或發(fā)射(如熒光)光譜特征(如光學(xué)材料的透射分離點(diǎn)，或者一個(gè)或多個(gè)薄膜濾波器，Raman線，和原子發(fā)射線)屬于本發(fā)明的范疇。
在對光譜校準(zhǔn)分析器的描述中，選擇采用聚光鏡濾波器對57.SC.1和57.SC.2只是為了說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。提供對目標(biāo)圖象相對于調(diào)制器模板的校準(zhǔn)的測量的其它的濾波器和濾波器對的結(jié)構(gòu)，也屬于本發(fā)明的范疇。
上述的校準(zhǔn)濾波器對同樣適用于分析器100的成像實(shí)施例，其中選擇互補(bǔ)濾波器對(和/或聚光鏡濾波器)的徑向位置和徑向?qū)挾扰c目標(biāo)圖象52中已知位置的特定光譜特征一致(如具有裝有一種或多種熒光染料的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)毛細(xì)管的毛細(xì)管陣列)。以這種方式，由互補(bǔ)對編碼的分量的幅度和相位可以被用來調(diào)整目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22上。
檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)性補(bǔ)償分析器本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特方面就是能夠構(gòu)建具有在較寬范圍內(nèi)變化的調(diào)制頻率的濾波器組，其為源24的實(shí)質(zhì)上相同的輻射分量編碼(如通過占據(jù)調(diào)制器22的相同環(huán)形區(qū)，或利用專用的校準(zhǔn)源)。通過有選擇地將濾波器安裝在組中并明智地選擇它們各自的調(diào)制頻率，可以測量調(diào)制頻率與檢測器26和相應(yīng)的檢測電子元件的關(guān)系。
在輻射分析器100的另一實(shí)施例檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)性補(bǔ)償分析器中，檢測器26(包括檢測器和相關(guān)電子元件)具有是調(diào)制頻率的函數(shù)的響應(yīng)度(即相對于調(diào)制光學(xué)強(qiáng)度輸入的信號輸出)。除了使幅度失真，檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性在以不同頻率調(diào)制的編碼分量之間施加了一個(gè)相對的相位漂移，其使解碼算法復(fù)雜化。作為另一個(gè)問題，檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性不是靜態(tài)的，而是隨時(shí)間變化(如響應(yīng)溫度或平均照明度的變化)。檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)性補(bǔ)償分析器提供集成的機(jī)械裝置以便周期性地校準(zhǔn)檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性，以便補(bǔ)償由檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性變化所引起的編碼分量的幅度和相位的失真。
圖15為輻射調(diào)制器22FC的頂視圖，用來說明本發(fā)明的另一方面。調(diào)制器22FC包括三個(gè)不同的典型校準(zhǔn)濾波器組59.FC.1，59.FC.2和59.FC.3，每個(gè)包括三個(gè)具有不同調(diào)制周期的濾波器，其被設(shè)計(jì)用來測量檢測系統(tǒng)26的依頻性。校準(zhǔn)組59.FC.1，59.FC.2和59.FC.3用3個(gè)不同的頻率實(shí)質(zhì)上測量目標(biāo)圖象52的相同輻射分量(如，通過將校準(zhǔn)濾波器限制在一個(gè)實(shí)質(zhì)上公共的環(huán)形區(qū)內(nèi))，以提供具有實(shí)質(zhì)上相同的幅度的三個(gè)編碼的與頻率相關(guān)的校準(zhǔn)分量。
計(jì)算機(jī)28.dec給與頻率相關(guān)的校準(zhǔn)分量的幅度和相位解碼。解碼的幅度和相位被計(jì)算機(jī)與頻率相關(guān)的校準(zhǔn)算法28.ult(FCA)用作輸入，以測量檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性。計(jì)算機(jī)算法28.ult(FCA)輸出兩條校準(zhǔn)曲線，幅度-調(diào)制頻率曲線和相位-調(diào)制頻率曲線，其隨后被計(jì)算機(jī)28用來解碼并規(guī)范其它的解碼分量(在調(diào)制器22FC中未示出)。由于用已知的相位的標(biāo)準(zhǔn)化，解碼分量的積分分析和再次標(biāo)準(zhǔn)化超過了解碼元件的計(jì)算能力的兩倍，優(yōu)選的，校準(zhǔn)曲線被用來產(chǎn)生一組更新的解碼系數(shù)(其由28.ult(FCA)傳遞給28.dec，如圖1A所示)Tm,pj≡-(1+δam)2πmcos(4jmπM+(p+δpm)π2)---(28)]]>其中，δam和δpm分別是與頻率相關(guān)的幅度和相位的修正，其為編碼分量{m，p}補(bǔ)償檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性。根據(jù)應(yīng)用的需要，與頻率相關(guān)的幅度和相位的修正δam和δpm以及更新的解碼系數(shù)Tm，pj根據(jù)校準(zhǔn)曲線經(jīng)常被重新計(jì)算，如由一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器和/或時(shí)序器觸發(fā)。以這種方式，避免了檢測系統(tǒng)26的頻率相關(guān)性使特定應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法28.asf的結(jié)果出錯(cuò)。
圖15示出了三組與頻率相關(guān)的、具有不同調(diào)制頻率的校準(zhǔn)分量，其被用于檢測系統(tǒng)頻率相關(guān)性補(bǔ)償分析器。校準(zhǔn)組59.FC.1包括3個(gè)具有不同調(diào)制頻率的相鄰的、同中心的輻射濾波器。由于不穩(wěn)定，不均勻的徑向強(qiáng)度分布，校準(zhǔn)組59.FC.1常出現(xiàn)誤差。校準(zhǔn)組59.FC.2包括3個(gè)占據(jù)著公共環(huán)形區(qū)域內(nèi)的連續(xù)的環(huán)形段的輻射濾波器。對于59.FC.1，這種配置更適宜，但常因?yàn)樽有D(zhuǎn)周期強(qiáng)度暫態(tài)而出現(xiàn)誤差。校準(zhǔn)組59.FC.3包括3個(gè)具有不同調(diào)制頻率的交錯(cuò)的輻射濾波器。這種配置是最優(yōu)選的，因?yàn)樗鼘?shí)質(zhì)上消除了不均勻的徑向強(qiáng)度分布和子旋轉(zhuǎn)周期強(qiáng)度暫態(tài)。
圖15所示的校準(zhǔn)組將與特定應(yīng)用圖形一起使用，如上述的多變量化學(xué)計(jì)量分析器的最優(yōu)化學(xué)計(jì)量圖形。以這種方式，特定應(yīng)用分量可以補(bǔ)償檢測器26的頻率相關(guān)性。
在調(diào)制器22FC中，選擇每個(gè)與頻率相關(guān)的校準(zhǔn)組中的濾波器的數(shù)量以及環(huán)形區(qū)和環(huán)形段的結(jié)構(gòu)用來說明，并不意味著要限制本發(fā)明的范圍。
短通道后編碼器光學(xué)器件在圖1的分析器100的許多應(yīng)用中，有強(qiáng)烈的需求，即限制調(diào)制器22和檢測器26之間的光學(xué)通道(或樣品單元入口)的長度。例如，在分析器(其在未受控制的通道中測量受干擾的光譜分量)中希望有短的光學(xué)通道。另一個(gè)常見的設(shè)計(jì)限制就是檢測器元件的截面(或樣品單元的截面)的尺寸，其決定了在檢測器26的表面上(或樣品室狹縫處)編碼束的最大允許點(diǎn)尺寸。本發(fā)明的最重要的工程問題就是針對實(shí)施例配置后編碼器光學(xué)器件36B，其中檢測器元件(或樣品單元38)的一個(gè)或多個(gè)截面尺寸實(shí)質(zhì)上小于目標(biāo)圖象52沿調(diào)制器22的徑向軸的長度(如，少于1/4)。在圖1A的分析器100的實(shí)施例中就有這個(gè)問題，其中目標(biāo)圖象52是分散圖象。優(yōu)選的，后編碼器光學(xué)器件36B被設(shè)計(jì)成這樣，使得兩個(gè)或多個(gè)編碼光譜分量(如圖1中的56.1和56.2)在檢測器元件的表面上或樣品單元38的入口處彼此交疊。
在采用反射性調(diào)制器22的分析器100的實(shí)施例中，檢測器截面(或樣品單元截面)的約束也導(dǎo)致了短通道約束，因?yàn)檎{(diào)制器22的沿著旋轉(zhuǎn)軸40的軸向擺動(dòng)導(dǎo)致聚焦編碼分量(如56.1和56.2)在檢測器元件的表面上(或樣品單元入口處)移動(dòng)。軸向擺動(dòng)可能導(dǎo)致被檢測的輻射的包絡(luò)調(diào)制(如，如果在檢測器26的響應(yīng)度中有空間變化)，它的幅度隨調(diào)制器22和檢測器26之間的光學(xué)通道的長度的增加而增大。如果光學(xué)通道太長，編碼束56可能周期性地完全偏離檢測元件，導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)編碼波形中的突然中斷以及相應(yīng)的解碼幅度的錯(cuò)誤。在這些和其它的應(yīng)用中，希望調(diào)整后編碼器光學(xué)器件36B以便在調(diào)制器22和檢測器26之間提供短的光學(xué)通道，并在調(diào)制器26的表面上產(chǎn)生編碼束斑點(diǎn)，其具有編碼分量的實(shí)質(zhì)上重疊的圖象。優(yōu)選的，斑點(diǎn)的尺寸實(shí)質(zhì)上與檢測器26的元件的尺寸相同，盡管斑點(diǎn)尺寸可能小于檢測器26的元件的尺寸。優(yōu)選的，每個(gè)編碼分量的輻射密度(照度)在檢測器26的區(qū)域內(nèi)實(shí)質(zhì)上是均勻的。以這種方式，檢測信號27上的軸向擺動(dòng)可以被最小化。
在以下的討論中，我們描述了集成的短通道后編碼器光學(xué)器件的兩種結(jié)構(gòu)，SP1和SP2，其用于25.6毫米×2.0毫米的分散圖象，其由(大約)F/4預(yù)編碼器光學(xué)器件(即分光計(jì)光學(xué)器件)用調(diào)制器22的反射性實(shí)施例產(chǎn)生。目標(biāo)圖象52的分散軸沿著調(diào)制器22的徑向軸。短通道后編碼器光學(xué)器件具有小于調(diào)制器22的直徑的總的光學(xué)通道的長度(在中心)，并且將每個(gè)編碼輻射分量的最少20％(或所有編碼分量的平均20％)聚焦到一個(gè)3.0毫米×3.0毫米的截面區(qū)域內(nèi)(如檢測器元件，或樣品單元狹縫)。
圖16A示出了用于光譜輻射分析器100的集成的短通道后編碼器光學(xué)器件的一個(gè)實(shí)施例，結(jié)構(gòu)SP1。結(jié)構(gòu)SP1對于分析器100的一個(gè)實(shí)施例作了調(diào)整，其中，檢測器元件26.SP.1具有3.0毫米×3.0毫米的截面，并且目標(biāo)圖象52是分散圖象(在3.0～5.0微米的光譜范圍內(nèi))，其長為25.6毫米，寬為2.0毫米，分別與分散軸平行和垂直。分析器100的后編碼器光學(xué)器件36B(SP1)的SP1配置包括以下元件以調(diào)制器22的表面上的目標(biāo)圖象52為起點(diǎn)，以檢測器元件26.SP.1(在下文對SP1的討論中，我們不考慮帶通濾波器26.SP.3或檢測器窗口26.SP.2)為終點(diǎn)，依次為36B(SP1)的配置36B(SP1).1雙二次曲線反射器；36B(SP1).2平面折疊式反射鏡，以及36B(SP1).3平凸的聚焦透鏡。
配置SP1具有這樣的特點(diǎn)利用聚焦透鏡的色散在檢測器26.SP.1的表面上提供更小的編碼束斑點(diǎn)，但36B(SP1)的光譜范圍被36B(SP1).3的透射特性限制。優(yōu)選的，36B(SP1).3被集成到檢測器26.SP.1中，這樣36B(SP1).3的透射能夠與檢測器26的光譜響應(yīng)度匹配。
如圖16A所示，對于36B(SP1)，128個(gè)由調(diào)制器22編碼的分散輻射分量56.SP.{1，128}由雙二次曲線反射器36B(SP1).1收集，被折疊式反射鏡36B(SP1).2反射，并由透鏡36B(SP1).3聚焦到檢測器元件26.SP.1上。如圖16A所示，在檢測器元件26.SP.1的表面上，輻射分量56.SP.{1，128}實(shí)質(zhì)上彼此重疊。36B(SP1)的中心光學(xué)通道的總長度大約為41毫米(即，大約是調(diào)制器22的半徑的2/3)。
圖16B示出了圖16A所示的后編碼器光學(xué)器件36B(SP1)的收集效率與波長的關(guān)系(即128個(gè)編碼光譜分量的單獨(dú)的收集效率)。收集效率是這樣定義的從目標(biāo)圖象52收集并被引導(dǎo)到檢測器元件26.SP.1(即截取26.SP.1)上的特定編碼輻射分量的輻射分?jǐn)?shù)。圖16B所示的結(jié)構(gòu)SP1的收集效率包括市售PbSe檢測器的被限制的視場(FOV)的影響。如圖16B所示，對于配置SP1，平均收集效率大于70％，并且對于單個(gè)編碼分量的范圍介于67％～89％之間。
雙二次曲線反射器36B(SP1).1的照明度縱橫比大于3∶1，并且曲率半徑相差大約兩倍(如46毫米和27.5毫米)，其長的邊與長半徑平行于分散軸。雙二次曲線反射器36B(SP1).1阻礙52的分散以提供實(shí)質(zhì)上彼此重疊的分量的聚焦編碼束56.SP.{1，128}。折疊式反射鏡36B(SP1).2被用來反射編碼束離開調(diào)制器22以提供放置檢測器26.SP的空間。
圖16C為36B(SP1)的側(cè)視圖。如圖16C所示，折疊式反射鏡36B(SP1).2位于與調(diào)制器22的平面(如雙點(diǎn)段線所示)平行的平面內(nèi)(如點(diǎn)段線所示)。為了使36B(SP1)的尺寸最小，折疊式反射鏡36B(SP1).2平行于并且盡可能地靠近調(diào)制器22的表面；如Δzmin為調(diào)制器22和36B(SP1).2之間的最小距離，其由相對于調(diào)制器22安裝36B(SP1)的元件所需的支架或固定裝置(未示出)決定，并且Δzmin小于2英寸。
聚焦透鏡36B(SP1).3為曲率半徑大約為18毫米的球形的平凸透鏡，并被用來使編碼束聚焦穿過檢測器窗口26.SP.2到達(dá)檢測器元件26.SP.1上。優(yōu)選的，選擇具體的聚焦透鏡36B(SP1).3來利用色散的影響在檢測器元件26.SP.1的表面上產(chǎn)生更小，更重疊，和/或更均勻的編碼束56.SP.{1，128}。
后編碼器光學(xué)器件36B的結(jié)構(gòu)SP1的總的光學(xué)通道長度(在中心)為41毫米(即大約是調(diào)制器22的半徑的2/3)。
圖16D為用于分析器100的后編碼器光學(xué)器件36B的第二種配置SP2的側(cè)視圖，其在36B(SP1)的雙二次曲線反射鏡、平面反射鏡和平凸聚焦透鏡的位置采用了兩個(gè)Fresnel雙二次曲線反射器。配置SP2對于分析器100的一個(gè)實(shí)施例作了調(diào)整，其中，檢測器元件26.SP.1具有3.0毫米×3.0毫米的截面，并且目標(biāo)圖象52是分散圖象(在3.0～5.0微米的光譜范圍內(nèi))，其長為25.6毫米，寬為2.0毫米，分別與分散軸平行和垂直。如圖16D所示，配置SP2包括以下元件以調(diào)制器22的表面上的目標(biāo)圖象52為起點(diǎn)，以檢測器元件26.SP.1(在下文對SP2的討論中，我們不考慮帶通濾波器26.SP.3或檢測器窗口26.SP.2)為終點(diǎn)，依次為36B(SP2)的配置36B(SP2).1Fresnel雙二次曲線反射器；36B(SP2).2Fresnel雙二次曲線反射器配置SP2具有這樣的優(yōu)點(diǎn)在配置中減少了一個(gè)光學(xué)元件。配置SP2還具有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)完全由反射性元件組成，這使它對于為輻射在一些不同波長范圍內(nèi)編碼的分析器100的不同實(shí)施例是有益的。如圖16D所示，調(diào)整36B(SP2)的面，這樣它能夠位于與調(diào)制器22的平面(如雙點(diǎn)段線所示)平行的平面內(nèi)(如點(diǎn)段線所示)，這顯著地簡化了設(shè)計(jì)和組裝。為了使36B(SP2)的尺寸最小，F(xiàn)resnel雙二次曲線反射器平行于并且盡可能地靠近調(diào)制器22的表面；如Δzmin為調(diào)制器22和36B(SP2)之間的最小距離，其由相對于調(diào)制器22安裝36B(SP2)的元件所需的支架或固定裝置(未示出)決定，并且Δzmin小于2英寸。
后編碼器光學(xué)器件36B的配置SP2的總的光學(xué)通道長度(在中心)大約是調(diào)制器22的半徑的2/3，并且具有相似的收集效率。如圖16D所示，輻射分量56.SP.{1，128}在檢測器元件26.SP.1的表面上實(shí)質(zhì)上彼此重疊。
在用于短通道光學(xué)器件36B的配置SP1和SP2中，利用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)程序所包括的用戶定義操作數(shù)(UDO)優(yōu)化步驟對不同的曲率半徑、雙二次曲線Fresnel表面的各個(gè)面，以及單個(gè)光學(xué)元件的空間配置進(jìn)行優(yōu)化。UDO優(yōu)化特征允許用戶在“c”編程語言中生成特定應(yīng)用特征函數(shù)。上述的用于優(yōu)化短通道結(jié)構(gòu)的UDO，UDO.SP采用了Zemax光線跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)以跟蹤來自源24到達(dá)檢測器26.SP的光線，作為波長的函數(shù)。在UDO.SP中，總的特征函數(shù)χSP由下式給出χSP=χpath+Σn=1Nλχn---(29)]]>其中，χpath為通道長度特征函數(shù)，χn為波長效率特征函數(shù)，并且求和是對目標(biāo)圖象52的被選擇的光譜分量Nλ進(jìn)行的。
UDO.SP中所用的通道長度特征函數(shù)由下式給出χpath=exp(Lpath-Lpath0σpath)---(30)]]>其中，Lpath0是目標(biāo)最大通道長度，Lpath為介于目標(biāo)圖象52和檢測器元件26.SP.1之間的在中心光學(xué)通道長度(即穿過透射分量的中心，和到達(dá)以及來自光學(xué)器件36B的反射性元件的中心)。σpath為控制Lpath>Lpath0]]>時(shí)的損失的可調(diào)節(jié)參數(shù)。在對SP1和SP2的優(yōu)化中，目標(biāo)最大通道長度被選擇為是調(diào)制器22的半徑的2/3。
波長效率特征函數(shù)，其測量作為波長的函數(shù)的后編碼器光學(xué)器件36B的效率，由下式給出χn=exp((ϵn0-ϵn)σn)---(31)]]>其中，εn0和εn分別為在第n個(gè)波長λn由UDO.SP計(jì)算的目標(biāo)效率和光線跟蹤效率，并且σn為控制ϵn<ϵn0]]>時(shí)的損失的可調(diào)節(jié)參數(shù)。在UDO.SP中，檢測器元件26.SP.1被給定了有限的尺寸(如3.0毫米×3.0毫米)和有限的視場(FOV)(如45度)。εn只是以小于特定FOV的入射角中斷檢測器元件26.SP.1的來自源24的光線(波長為λn)的分?jǐn)?shù)。在對SP1和SP2的優(yōu)化中，跟蹤在3和5微米之間的32個(gè)間距相等的波長，并且目標(biāo)效率都被設(shè)為70％。對于每個(gè)波長，具有不同起點(diǎn)的和不同初始延伸矢量的多重跟蹤被用來激勵(lì)有限源24和有限入口狹縫32。
通過明智地選擇單個(gè)的波長目標(biāo)效率εn0，可以優(yōu)化后編碼器光學(xué)器件36B，以補(bǔ)償檢測器26.SP的響應(yīng)度或分析器100的其它光學(xué)分量的光譜效率(如，源24，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A，等)。這些和其它變化屬于本發(fā)明的范疇。
UDO.SP有一種優(yōu)化光學(xué)器件36B的配置的方法，以便為每個(gè)光譜分量提供檢測器元件的更均勻的照明度。在該實(shí)施例中，UDO.SP將χn代入均勻照度特征函數(shù)<χn><χn>=ΣmNmexp((ϵn0Nm-ϵnm)σn)---(32)]]>其中，Nm是確定等尺寸的、包括檢測器元件26.SP.1的截面的區(qū)域的數(shù)量的參數(shù)，(即26.SP.1被分成Nm個(gè)等尺寸的區(qū)域，并且εn為在第n個(gè)波長和檢測器26的第m個(gè)子區(qū)域由UDO.SP計(jì)算的光線跟蹤效率。用<χn>優(yōu)化的短通道后編碼器光學(xué)器件36B的實(shí)施例在檢測器元件26.SP.1的截面內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上均勻的照明度。以這種方式，檢測信號27上的軸向擺動(dòng)的影響可以降到最小。
通過適當(dāng)?shù)卮婢劢雇哥R36B(SP1).3，后編碼器光學(xué)器件36B能夠適用于許多種具有實(shí)質(zhì)上相同的入射角，長度，寬度和分散角度的分散圖象。通過較小的改動(dòng)，后編碼器36B(SP1)可以被包含在基于分析器100的多種產(chǎn)品中。由于后編碼器光學(xué)器件配置SP2完全由反射性元件組成，無需調(diào)整，利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)學(xué)，36B(SP2)可以被完全包含在基于分析器100的多種產(chǎn)品中。這些和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。
我們注意到通過在36B的配置中引入其它的光學(xué)元件，非球形的二次曲線段，折射性或衍射性元件，或梯度索引透鏡可以實(shí)現(xiàn)明顯的改進(jìn)。這些改進(jìn)屬于本發(fā)明的范疇，雖然這將大大增加成本和制作復(fù)雜性。
選擇分散圖象尺寸，預(yù)編碼器光學(xué)器件F/#，目標(biāo)效率，光學(xué)元件的位置和曲率，特征函數(shù)，以及編碼元件的數(shù)量用來說明。其它的針對透射性調(diào)制器設(shè)計(jì)的后編碼器光學(xué)器件，不同的在中心通道長度，不同的目標(biāo)效率，不同的元件數(shù)量，不同的曲率，不同的特征函數(shù)，和/或所包含的非線性二次曲線段，折射性或反射性元件，或梯度索引透鏡屬于本發(fā)明的范疇。
編碼濾波器-光度計(jì)分析器在圖1所示的分析器100的另一實(shí)施例中，編碼濾波器-光度計(jì)分析器是多通道編碼器濾波器-光度計(jì)，其利用一個(gè)或多個(gè)寬帶輻射源和一組(一個(gè)陣列)波長濾波器，以提供用于探測一個(gè)或多個(gè)未知樣品的多個(gè)編碼光譜濾波器束。
在編碼濾波器-光度計(jì)分析器中，來自源24的輻射被一組波長濾波器過濾以提供第一組被選擇的光譜分量。源的實(shí)例包括擴(kuò)展源，多燈絲白熾燈，以及一列黑體輻射器。波長濾波器的實(shí)例包括多介電層帶通濾波器，標(biāo)準(zhǔn)具和分色鏡(如成堆的1/2和1/4波板)。其它的波長濾波器的實(shí)例包括裝滿不同氣體或液體的輻射線測定關(guān)聯(lián)單元。其它的波長濾波器的實(shí)例包括包括一個(gè)或多個(gè)部分透明(或部分反射性的)固體的光學(xué)元件。這樣和其它的源和波長濾波器的實(shí)例屬于本發(fā)明的范疇。
優(yōu)選的，波長濾波器的集合包括分析物和基準(zhǔn)波長濾波器以提供第一組分析物和基準(zhǔn)束。分析物束的實(shí)例包括由CO，CO2，NOX，N2O，H2O，H2S，溶劑和包括天然氣的組分的不同碳?xì)浠衔镞^濾的輻射。由于內(nèi)在的危險(xiǎn)，由化學(xué)武器和其它有毒氣體和液體過濾的輻射作為分析物束的實(shí)際例子更少。分析物束的其它實(shí)例包括由一個(gè)或多個(gè)多介電層帶通濾波器或分色鏡過濾的輻射，其中，被選擇的光譜分量被調(diào)整為實(shí)質(zhì)上與相應(yīng)的分析物的一個(gè)或多個(gè)主要光譜特征相符；如分析物束包括多變量化學(xué)計(jì)量分析器的一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)光譜分量?；鶞?zhǔn)束的實(shí)例包括由N2，水，溶劑，或完全或局部的真空過濾的輻射。基準(zhǔn)束的其它實(shí)例包括由一個(gè)或多個(gè)多介電層帶通濾波器或分色鏡過濾的輻射，其中，被選擇的光譜分量被調(diào)整為與樣品中的所有可能存在的分析物的任何主要光譜特征的一致性最小。
經(jīng)過波長濾波器的集合過濾的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A成像，以便實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器22的徑向軸形成目標(biāo)圖象52。目標(biāo)圖象52包括與波長濾波器透射的輻射對應(yīng)的第一組子圖象，其沿調(diào)制器22的一條或多條徑向軸被聚焦(或集中)在實(shí)質(zhì)上不同的徑向位置。調(diào)制器22在不同的半徑具有一些給目標(biāo)圖象52編碼的輻射濾波器，以便當(dāng)調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供第二組編碼束。優(yōu)選的，子圖象與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣編碼束與透射過單個(gè)波長濾波器的輻射具有一對一的對應(yīng)。
優(yōu)選的，編碼分析物和基準(zhǔn)束延伸經(jīng)過(或反射自)一個(gè)或多個(gè)樣品。樣品的實(shí)例包括周圍空氣，汽車尾氣，工業(yè)生產(chǎn)液流，集裝箱HVAC的輸入口，管道系統(tǒng)或排氣裝置的內(nèi)部空氣，以及天然氣。如果樣品是氣體或液體，優(yōu)選的，用樣品單元裝載樣品。樣品的其它實(shí)例包括透射性和反射性的固體。
在編碼濾波器-光度計(jì)分析器的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)樣品單元被用來提供來自多種氣體和/或液體樣品的多路復(fù)用。調(diào)整圖形21和后編碼器光學(xué)器件36B的配置，以便將特定應(yīng)用分析物-基準(zhǔn)束對的組提供給每個(gè)樣品單元。例如，第一樣品單元裝有兩個(gè)未知分析物濃度——并采用了至少兩個(gè)分析物-基準(zhǔn)束對進(jìn)行分析，而第二樣品單元裝有五個(gè)未知分析物濃度——并采用了至少五個(gè)分析物-基準(zhǔn)束對進(jìn)行分析。如果應(yīng)用需要用相同的分析物-基準(zhǔn)束對檢測兩個(gè)或多個(gè)樣品，可以如下文所述利用多個(gè)檢測器和ADC。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地檢測多個(gè)樣品。
在經(jīng)過樣品之后，編碼關(guān)聯(lián)束被后編碼器光學(xué)器件36B收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26上，并且計(jì)算機(jī)28分析由檢測器26響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。編碼分量的幅度隨后被特定應(yīng)用算法28.asf用于確定樣品中的一種或多種分析物的存在和濃度。
優(yōu)選的，分析物和基準(zhǔn)束(以及它們各自的目標(biāo)子圖象)被配置為沿著調(diào)制器22的徑向軸順序排列的對(即每個(gè)分析物束與相應(yīng)的基準(zhǔn)束相鄰)，或關(guān)于一條或多條對稱半徑對稱(即每個(gè)分析物束被關(guān)于一條或多條對稱半徑由相應(yīng)的基準(zhǔn)束反映)，以便包括分析物-基準(zhǔn)對，其在樣品內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上相同的光學(xué)通道，和/或在檢測器26的表面上具有實(shí)質(zhì)上相同的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度分布。更為優(yōu)選的，給定對的分析物和基準(zhǔn)束被互補(bǔ)濾波器對編碼，這樣，產(chǎn)生的編碼分量的幅度和相位由分析物和基準(zhǔn)束的相對強(qiáng)度確定。最優(yōu)選的，調(diào)整互補(bǔ)濾波器的相對調(diào)制強(qiáng)度(如，通過在相應(yīng)的基準(zhǔn)束的通道內(nèi)插入狹縫或中性濾光片，或通過參照為分析物束編碼的輻射濾波器，改變?yōu)榛鶞?zhǔn)束編碼的輻射濾波器的寬度或調(diào)制深度)，以便使當(dāng)樣品單元中沒有相關(guān)吸收(或水平極低)時(shí)產(chǎn)生的編碼分量為0。以這種方式，編碼濾波器-光度計(jì)分析器提供了最高的光度測定精度的過濾光度測量。
優(yōu)選的，限制每個(gè)分析物-基準(zhǔn)束對的光譜范圍(如，通過一個(gè)或多個(gè)分色鏡，帶通濾波器，和/或裝滿不同氣體或液體的單元，包括天然氣的一種或多種組分)，以分離分析物的一個(gè)或多個(gè)主要光譜特征，或排除一個(gè)或多個(gè)不同(其它)分析物的一個(gè)或多個(gè)主要光譜特征。以這種方式，可以提高裝置對樣品中的分析物的靈敏度(如編碼的分析物-基準(zhǔn)對響應(yīng)樣品單元中分析物的特定濃度的幅度)和專一性(如區(qū)分兩種或多種分析物的能力)。例如，在對天然氣的分析中，充滿甲烷(天然氣的主要成分)的單元能夠被用來排除基準(zhǔn)過濾分量和非甲烷分析物過濾分量中的甲烷的光譜特征。
特定編碼束在系統(tǒng)(包括樣品或關(guān)聯(lián)單元)中的通道實(shí)際上是始于所有光線軌跡的通道的重疊，其從源24開始，由調(diào)制器22上的相應(yīng)的輻射濾波器的有效區(qū)反射，并到達(dá)檢測器26。因此，當(dāng)有效區(qū)內(nèi)的輻射濾波器的圖形隨調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)而變化時(shí)，通道的重疊發(fā)生變化。當(dāng)吸收性分析物存在時(shí)，其中束的衰減取決于通道長度，通道的重疊的變化會(huì)導(dǎo)致編碼分量的波形失真。在本發(fā)明中，通過在輻射濾波器圖形中減少沿一條或多條軸的突然中斷的數(shù)量，可以使這些影響降到最少。優(yōu)選的，調(diào)制器22的輻射濾波器具有上述的類似于“條碼”或“西洋跳棋盤”的圖形，以提供一個(gè)或多個(gè)編碼分量，其在系統(tǒng)中具有實(shí)質(zhì)上恒定的光學(xué)通道的重疊。
圖17A是編碼濾波器-光度計(jì)分析器的實(shí)施例的頂視圖，其分別為由兩個(gè)分析物-基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)室對{F.A1，F(xiàn).R1}和{F.A2，F(xiàn).R2}過濾的輻射編碼。關(guān)聯(lián)單元F.A1和關(guān)聯(lián)單元F.A2分別裝滿了已知濃度的分析物A1和A2。如圖17A所示，由兩個(gè)寬帶或多光譜分量輻射源24提供輻射24.FP.1和24.FP.2。來自源24.FP.1的輻射被預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP).2.1(如第一透鏡對)收集并聚焦，以便沿著調(diào)制器22FP的徑向軸在第一個(gè)點(diǎn)形成目標(biāo)子圖象52.FP.A1；并沿著調(diào)制器22FP的徑向軸在第二個(gè)點(diǎn)形成目標(biāo)子圖象52.FP.R1。相似地，來自源24.FP.2的輻射被預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP).2.2(如第二透鏡對)收集并聚焦，以便沿著調(diào)制器22FP的徑向軸在第三個(gè)點(diǎn)形成目標(biāo)子圖象52.FP.A2；并沿著調(diào)制器22FP的徑向軸在第四個(gè)點(diǎn)形成目標(biāo)子圖象52.FP.R2。目標(biāo)子圖象(52.FP.A1，52.FP.R1，52.FP.A2和52.FP.R2)和相應(yīng)的輻射源(24.FP.1和24.FP.2)分別包括目標(biāo)圖象52和輻射源24。
如圖17A所示，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP)包括帶通濾波器36A(FP).1.1以限制分析物-基準(zhǔn)束對{56 A1，56 R1}的光譜范圍，以隔離分析物A1的一個(gè)或多個(gè)主要的光譜分量；以及帶通濾波器36A(FP).1.2以限制分析物-基準(zhǔn)束對{56 A2，56 R2}的光譜范圍，以隔離分析物A2的一個(gè)或多個(gè)主要的光譜分量。例如，帶通濾波器被調(diào)整為與多變量化學(xué)計(jì)量分析器的兩個(gè)最優(yōu)光譜窗口對應(yīng)。以這種方式，能夠增強(qiáng)編碼分析物-基準(zhǔn)對的幅度相應(yīng)于樣品中分析物的給定濃度的變化(也就是，靈敏度)。
在圖17A所示的編碼濾波器-光度計(jì)分析器的另一實(shí)施例中，帶通濾波器36A(FP).1.1或36A(FP).1.2可以被裝有不同氣體、液體或固體(如天然氣的一種或多種組分)的單元代替，以排除一種或多種不同(其它)分析物的一個(gè)或多個(gè)主要光譜特征。以這種方式，可以提高裝置對樣品中的分析物的專一性(如區(qū)分兩種或多種分析物的能力)。例如，在對天然氣的分析中，充滿甲烷(天然氣的主要成分)的單元能夠被用來排除基準(zhǔn)過濾分量和非甲烷分析物過濾分量中的甲烷的光譜特征。
圖17B示出了編碼濾波器-光度計(jì)分析器的側(cè)視圖，以進(jìn)一步說明束56.A1從源24.FP.1到達(dá)檢測器26的通道。如圖17B所示，來自源24.FP.1的輻射被帶通濾波器36A(FP).1.1過濾，并由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP).2.1收集并聚焦，以便在調(diào)制器22FP的表面上形成子圖象52.FP.A1。當(dāng)調(diào)制器22FP繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，子圖象52.FP.A1隨后由輻射濾波器50.FP1和互補(bǔ)濾波器對55.FP.A1編碼，以提供編碼束50.A1。編碼束50.A1由后編碼器光學(xué)器件36B(FP).1.1收集并被引導(dǎo)穿過關(guān)聯(lián)單元F.A1，其裝有已知濃度的分析物A1。在經(jīng)過關(guān)聯(lián)單元F.A1之后，編碼束50.A1被后編碼器光學(xué)器件36B(FP).2.1收集并引導(dǎo)穿過樣品單元SC。在經(jīng)過樣品單元SC之后，編碼束56.FP.1被后編碼器光學(xué)器件36B(FP).3收集并聚焦到檢測器26上。
如圖17A所示，編碼濾波器-光度計(jì)分析器的分析物和基準(zhǔn)單元，F(xiàn).A1，F(xiàn).R1，F(xiàn).A2和F.R2被配置成這樣每個(gè)分析物束與相應(yīng)的基準(zhǔn)束相鄰，以包括分析物-基準(zhǔn)束，其在樣品單元38.FP中具有實(shí)質(zhì)上相同的通道，和/或在檢測器26的表面上具有實(shí)質(zhì)上相同的強(qiáng)度分布。更為優(yōu)選的，給定對的分析物和基準(zhǔn)束被互補(bǔ)濾波器對編碼，這樣，產(chǎn)生的編碼分量的幅度和相位由分析物和基準(zhǔn)束的相對強(qiáng)度確定。最優(yōu)選的，調(diào)整互補(bǔ)濾波器的相對調(diào)制幅度(如，通過在相應(yīng)的基準(zhǔn)束的通道內(nèi)插入狹縫或中性濾光片，或通過參照為分析物濾波器，改變?yōu)榛鶞?zhǔn)濾波器的寬度或調(diào)制深度)，以便使當(dāng)樣品單元中沒有相關(guān)吸收(或水平極低)時(shí)產(chǎn)生的編碼分量為0(如通過給分析物和基準(zhǔn)束施加相當(dāng)?shù)姆?。
在圖17中，選擇光學(xué)元件的順序用來說明并不意味著限制本發(fā)明的范圍。例如，分析物和基準(zhǔn)單元陣列相對于編碼器的位置是任意的。經(jīng)關(guān)聯(lián)單元透射的輻射可以被編碼，或者輻射可以被編碼并隨后透射過關(guān)聯(lián)單元。而且，樣品單元能夠被放置在束通道中介于源24和檢測器26之間的任何位置。這些和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。
參看圖9，對于上述的編碼濾波器-光度計(jì)分析器，經(jīng)過光譜過濾的子圖象的集合的位置，分析物和基準(zhǔn)波長濾波器的陣列的位置，樣品單元的位置，和/或其它光學(xué)元件，可以被控制以將目標(biāo)圖象52對準(zhǔn)到調(diào)制器22上，并使編碼的相關(guān)束對準(zhǔn)穿過樣品單元到達(dá)檢測器上。如圖17A所示，所有的光學(xué)元件可以預(yù)先校準(zhǔn)，并被安裝在公共臺(tái)35.FP上，其可以相對于調(diào)制器22FP移動(dòng)以對準(zhǔn)目標(biāo)圖象52.FP。優(yōu)選的，源24.FP包括一些校準(zhǔn)空間分量并且調(diào)制器24.FP包括一些校準(zhǔn)通道以便為對準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以將一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便使目標(biāo)圖象52.FP對準(zhǔn)到調(diào)制器22FP上。
優(yōu)選的，調(diào)整預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP)以便沿不同的徑向軸在不同的徑向位置提供分析物和基準(zhǔn)子圖象(如52.FP.A1，52.FP.R1，52.FP.A2和52.FP.R2)。優(yōu)選的，調(diào)整(如，通過在不同的徑向位置并沿不同的徑向軸安裝分析物-基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)單元對)用于安裝預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP)的單個(gè)元件(如帶通濾波器，源，透鏡)的機(jī)械固定裝置(支架)，以使分析物-基準(zhǔn)對子圖象(如{52.FP.A1，52.FP.R1}和{52.FP.A2，52.FP.R2})之間的徑向分離最小。
優(yōu)選的，單個(gè)燈絲的位置和單個(gè)輻射器的位置和輻射濾波器的位置一起被調(diào)整，以簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A(FP)的設(shè)計(jì)，如，將燈絲和/或輻射器的高度與調(diào)制器22上的輻射濾波器對的高度匹配。
鎖相噪音抑制分析器在圖1的分析器100的許多應(yīng)用中，在系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上周期性的噪音源(如源驅(qū)動(dòng)電流，開關(guān)電源，60Hz線，電動(dòng)機(jī)和冷卻風(fēng)扇的后EMF，等等)，其使被28.adc數(shù)字化的編碼信號出錯(cuò)。沒有有效的鎖相，周期噪音源的相位相對于編碼輻射分量的相位漂移，導(dǎo)致編碼幅度的不可預(yù)測的錯(cuò)誤。如果噪音源的相位相對于編碼輻射分量的相位被鎖定，通過明智地選擇編碼諧波，可以使數(shù)字化編碼信號的錯(cuò)誤最小化或大大減少。
在分析器100的另一實(shí)施例中，為了使編碼分量的錯(cuò)誤最小化，鎖相噪音抑制分析器包括噪音搜索算法28.utl(NSA)和噪音鎖相算法28.utl(NPL)，以便將調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)相位鎖定在一個(gè)或多個(gè)周期性噪音源。
圖18是鎖相噪音抑制分析器的示意圖。如圖18所示，調(diào)制器22包括為來自源24的輻射編碼的輻射濾波器，以便當(dāng)調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼束56.PL。輻射濾波器的調(diào)制函數(shù)被調(diào)整為調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)周期的諧波。因?yàn)檫@樣，編碼束包括一組編碼諧波56.PL.1，56.PL.2和56.PL.3。編碼束56.PL被后編碼器光學(xué)器件36B引導(dǎo)到檢測器26，并且計(jì)算機(jī)28分析由檢測器26響應(yīng)編碼束56.PL產(chǎn)生并被一個(gè)或多個(gè)實(shí)質(zhì)上周期性的噪音源29破壞的信號27。
如圖18所示，計(jì)算機(jī)28包括電動(dòng)機(jī)控制算法28.utl(MCA)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器28.dac，以改變電動(dòng)軸42的速度。除了給編碼分量56.PL.{1，2，3}解碼，計(jì)算機(jī)28還為一組噪音跟蹤諧波的幅度和相位解碼，其也是調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)周期的諧波，但不在這套編碼諧波之內(nèi)。噪音跟蹤諧波被噪音搜索算法28.utl(NSA)提供給28.dec。優(yōu)選的，這套噪音跟蹤諧波配有56.PL.{1，2，3}的編碼諧波，以使得28.utl(NSA)更好地檢測周期性噪音源29。更為優(yōu)選的，在電動(dòng)軸42的一個(gè)或多個(gè)默認(rèn)(或理想)速度下，噪音跟蹤諧波系列實(shí)質(zhì)上與一個(gè)或多個(gè)周期性噪音源(如29)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)期頻率對應(yīng)。優(yōu)選的，如果周期性噪音源29具有泛音諧波(如，周期性噪音源是具有基數(shù)和諧陪音的方波)，調(diào)整提供56.PL.{1，2，3}的這組編碼輻射濾波器以省略相位鎖定的周期性噪音源的基波和一個(gè)或多個(gè)主要諧波。
啟動(dòng)時(shí)，并且之后任何時(shí)候，只要是必需的，噪音搜索算法28.utl(NSA)對稱地改變電動(dòng)軸42的速度(如，通過向28.utl(MCA)提出請求)，并且28.dec為噪音跟蹤諧波的幅度和相位解碼，直到發(fā)現(xiàn)軸電動(dòng)機(jī)的速度使一個(gè)或多個(gè)被解碼的噪音跟蹤諧波的幅度最大。計(jì)算機(jī)28隨后利用主要的噪音跟蹤諧波的幅度和相位作為提供給噪音相位鎖定算法(如鎖相回路)28.utl(NPL)的輸入，其輸出控制信號給28.utl(MCA)，該28.utl(MCA)通過28.dac控制電動(dòng)軸42的速度，以使主要噪音跟蹤諧波的相位穩(wěn)定或鎖定。以這種方式，相對于調(diào)制器22的旋轉(zhuǎn)鎖定周期性噪音源29的相位，并因此，與編碼分量56.PL.{1，2，3}實(shí)質(zhì)上正交。
在鎖相噪音抑制分析器的另一實(shí)施例中，電動(dòng)軸42的速度與閉合回路采樣系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)空氣泵同步。以這種方式，由空氣泵驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量-密度波動(dòng)所產(chǎn)生的影響可以被降到最小、被補(bǔ)償或分析。
圖形同心性分析器在分析器100的組裝中，最重要的任務(wù)之一就是將調(diào)制器22安裝到電動(dòng)軸42上。為了使分析器正確運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)制器22的圖形21必須與旋轉(zhuǎn)軸40同中心。如果調(diào)制器圖形21不是與旋轉(zhuǎn)軸40同中心，由于當(dāng)調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，輻射濾波器的環(huán)形區(qū)域沿徑向軸前后振蕩，選擇的輻射分量將經(jīng)歷不必要的二次調(diào)制。
在分析器100的另一實(shí)施例中，圖形同心性分析器測量調(diào)制器22上的圖形21相對于旋轉(zhuǎn)軸40的同中心對準(zhǔn)(即同心性)。在圖形同心性分析器中，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A在沿編碼軸的編碼平面上形成校準(zhǔn)輻射分量的至少一個(gè)目標(biāo)圖象(如He-Ne激光束的圖象)。調(diào)制器22位于編碼平面內(nèi)并包括至少一個(gè)互補(bǔ)濾波器對，以便在調(diào)制器22繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼校準(zhǔn)束。優(yōu)選的，包括校準(zhǔn)濾波器對的輻射濾波器實(shí)質(zhì)上彼此相鄰。更為優(yōu)選的，校準(zhǔn)濾波器對的徑向?qū)挾葘?shí)質(zhì)上與校準(zhǔn)目標(biāo)圖象的寬度相等。最優(yōu)選的，校準(zhǔn)分量的圖象(即校準(zhǔn)目標(biāo)圖象)的寬度是調(diào)制器圖形21的中心相對于旋轉(zhuǎn)軸40的最大預(yù)期位移的兩倍。
圖PCA是圖形同心性分析器的示意圖，其測量調(diào)制器圖形21PC相對于旋轉(zhuǎn)軸40的同心對準(zhǔn)。輻射源24.PC提供至少一個(gè)輻射分量用于檢測圖形21PC的同心性。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A收集來自源24.PC的輻射并在調(diào)制器22PC的表面上形成目標(biāo)圖象52.PC。如圖PCB所示，除了應(yīng)用具體輻射濾波器和濾波器對(未示出)，調(diào)制器22PC還包括互補(bǔ)輻射濾波器對55.PC(包括50.PC.1和50.PC.2)，以便當(dāng)調(diào)制器22PC繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)為目標(biāo)圖象52.PC編碼。如圖PCA所示，編碼束56.PC被后編碼器光學(xué)器件36B收集并引導(dǎo)到檢測器26.PC。優(yōu)選的，輻射源24.PC被充分校準(zhǔn)，使得光學(xué)器件36A和36B變得不必要。計(jì)算機(jī)28分析由檢測器26.PC響應(yīng)編碼校準(zhǔn)束56.PC產(chǎn)生的信號以確定調(diào)制器圖形21PC相對于旋轉(zhuǎn)軸40的同心性。
圖PCB示出了調(diào)制器圖形的中心21PC.0和旋轉(zhuǎn)軸40之間的差異。圖形中心21PC.0相對于旋轉(zhuǎn)軸40矢量位移由同心性誤差確定。認(rèn)為在同心性誤差達(dá)到0的范圍內(nèi)，調(diào)制器圖形21PC應(yīng)當(dāng)與旋轉(zhuǎn)軸40同心。
對于以下的討論，我們定義，當(dāng)調(diào)制器圖形與旋轉(zhuǎn)軸40同心時(shí)，50.PC.1和50.PC.2之間的邊界的徑向位置為理想的邊界半徑Rpc。優(yōu)選的，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A實(shí)質(zhì)上將校準(zhǔn)目標(biāo)圖象52.PC定位在理想邊界半徑RPC處的編碼平面內(nèi)。
如圖PCA所示，輻射源24.PC，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A，后編碼器光學(xué)器件36B以及檢測器26.PC被安裝在平移臺(tái)35.PC.1上，實(shí)質(zhì)上與電動(dòng)軸42的徑向軸平行地排列，以允許在理想邊界半徑RPC處精確定位調(diào)制器22PC表面上的校準(zhǔn)目標(biāo)圖象52.PC。
計(jì)算機(jī)28包括圖形同心性算法28.utl(PCA)，其分析作為旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)的編碼校準(zhǔn)分量56.PC的幅度和相位，以確定調(diào)制器圖形21PC的中心相對于旋轉(zhuǎn)軸40的位移矢量。例如，如果校準(zhǔn)分量集中在理想邊界半徑上，當(dāng)調(diào)制器圖形21PC與旋轉(zhuǎn)軸40同心時(shí)，編碼校準(zhǔn)分量56.PC的幅度為0。如果調(diào)制器圖形21PC與旋轉(zhuǎn)軸40不同心，相位變化的標(biāo)記和編碼校準(zhǔn)分量的幅度為零的點(diǎn)的角位置提供了確定調(diào)制器圖形21PC的中心相對于旋轉(zhuǎn)軸40的位移矢量所需要的所有信息。如果位移矢量的值小于校準(zhǔn)分量的圖象的寬度的一半，位移矢量的值實(shí)質(zhì)上與編碼校準(zhǔn)分量的最大幅度成正比。
優(yōu)選的，圖形-軸同心性圖形同心性分析器與致動(dòng)器機(jī)械裝置35.PC.2相連，用于將調(diào)制器移到適當(dāng)?shù)奈恢?。如圖PCA所示，計(jì)算機(jī)28包括從硬件驅(qū)動(dòng)器到致動(dòng)器機(jī)械裝置35.PC.2的控制信號。致動(dòng)器機(jī)械裝置35.PC.2包括接觸探頭35.PC.2.1，用于沿徑向軸移動(dòng)調(diào)制器22PC。作為對角相關(guān)的編碼校準(zhǔn)分量56.PC的響應(yīng)，計(jì)算機(jī)28移動(dòng)接觸探頭。該過程持續(xù)到編碼校準(zhǔn)分量56.PC的幅度實(shí)質(zhì)上與調(diào)制器22PC的旋轉(zhuǎn)角無關(guān)，優(yōu)選的，達(dá)到零。作為采用致動(dòng)器機(jī)械裝置35.PC.2的一種替代方法，28.utl(PCA)可以被用來控制聲的或光的信號，以便在手動(dòng)安裝調(diào)制器圖形21PC(如輕拍)使其實(shí)質(zhì)上同心對準(zhǔn)時(shí)，將反饋提供給組裝技術(shù)員。
優(yōu)選的，圖形-軸同心性圖形同心性分析器與將調(diào)制器22固定在電動(dòng)軸42上的機(jī)械裝置相結(jié)合(如利用UV固化的樹脂和觸發(fā)閃光燈)。如圖PCA所示，電動(dòng)軸包括樹脂座42.2，其被UV固化的樹脂覆蓋。調(diào)制器圓盤22PC被放置在樹脂座42.2的頂部，則校準(zhǔn)步驟開始。一旦調(diào)制器圖形21PC實(shí)質(zhì)上與旋轉(zhuǎn)軸40同心(如同心性誤差與電動(dòng)軸42的徑向彎曲相似)，觸發(fā)UV燈以使樹脂固化，并且將調(diào)制器22PC固定在電動(dòng)軸42上。
優(yōu)選的，電動(dòng)軸42和調(diào)制器22PC能夠從圖形同心性分析器上卸除，并被安裝到分析器100的其它實(shí)施例中。以這種方式，源24.PC，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.PC和后編碼器光學(xué)器件36B.PC，檢測器26.PC，計(jì)算機(jī)28和機(jī)械裝置35.PC.1和35.PC.2包括組裝工具(如對心臺(tái))。
實(shí)例將通過以下實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，除非有別的聲明，這些實(shí)例為參照圖1A的分析器100的實(shí)例。為了更易于對照，圖1A或其它圖中的特定元件或系統(tǒng)中的實(shí)例中的下述實(shí)施例通常被給予復(fù)合的符號，例如本文中各圖中的元件的帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字，以及帶有字母的數(shù)字。例如，圖1A和其它圖中的元件的數(shù)字，其后帶有小數(shù)點(diǎn)和數(shù)字或字母。例如，100.1為下文中分析器100的一個(gè)實(shí)施例的示例中的數(shù)字，其中該實(shí)施例與分析器100的另一實(shí)施例100.2不同。如果實(shí)施例包括多個(gè)元件，復(fù)合的符號包括圖1A或本文的其它圖中的元件的數(shù)字，其帶有小數(shù)點(diǎn)和表示該元件的實(shí)施例的第一數(shù)字或字母，然后再帶一個(gè)小數(shù)點(diǎn)和用來表示該實(shí)施例的特定元件的第二數(shù)字。例如，在實(shí)例1中，36B1.1和36B1.2分別表示圖1A或本文的其它圖中的后編碼器光學(xué)器件36B的第一和第二元件。為了簡化附圖，這些復(fù)合符號并未在圖1A中或本文的其它圖中示出。實(shí)例中介紹的附加元件被給定了專門的符號。
這些實(shí)例是為了具體說明本發(fā)明，并不意味著限制本發(fā)明的范圍。在下文介紹的所有實(shí)例中，優(yōu)選的，每個(gè)調(diào)制函數(shù)是平滑函數(shù)或平滑函數(shù)的數(shù)字化復(fù)制形式，其當(dāng)調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，具有三個(gè)或更多的不同的對比水平。最優(yōu)選的，調(diào)制函數(shù)的形式為sin2(mθ+pπ/4)。
實(shí)例1圖1A的多功能分析器100的第一實(shí)施例分析器100.1是具有高強(qiáng)度的多光譜分量編碼源，校準(zhǔn)束，其被用來在一個(gè)或多個(gè)長而開放的通道中測量輻射吸收氣體和蒸氣，如圖1A中在38處的氣體和蒸氣，在此氣體和蒸氣并未被任何圍繞物限制。長而開放的通道的實(shí)例包括大氣，微波收發(fā)器之間的被限制的空氣空間，建筑物或公路天橋之間和戰(zhàn)場上遠(yuǎn)距離的物體之間的，沿著軍事或工業(yè)設(shè)施的的光線。輻射源24.1是具有多個(gè)選擇的光譜分量(如二氧化碳激光)的校準(zhǔn)輻射束。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以分離選擇的光譜分量以便沿著調(diào)制器22.1的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.1。優(yōu)選的，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.1包括可調(diào)節(jié)的衰減器，以便預(yù)先處理或預(yù)先設(shè)定選擇分量的強(qiáng)度。目標(biāo)圖象52.1具有選擇分量的分散圖象，其沿著調(diào)制器22.1的一條或多條徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.1包括一些輻射濾波器，其為選擇分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.1繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.1與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，第一后編碼器光學(xué)器件36B.1.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以便大致再子校準(zhǔn)編碼分量(如36A.1和36B.1.1具有至少一個(gè)光柵對，棱鏡對或棱鏡光柵組合)。以這種方式，編碼束可以延伸穿過長而開放的通道到達(dá)反射器或其它提供擴(kuò)散或鏡面反射率的目標(biāo)物體，并被引導(dǎo)到檢測器26.1。遠(yuǎn)程反射器的實(shí)例包括反射器，簡單的反射鏡，人造衛(wèi)星，或提供擴(kuò)散和鏡面反射率的不同的目標(biāo)物體。第二后編碼器光學(xué)器件36B.1.2(圖1A中未示出)收集編碼輻射束并引導(dǎo)它回到檢測器26.1。計(jì)算機(jī)28.1分析檢測器26.1響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。以這種方式，分析器100.1和遠(yuǎn)程反射器之間的開放通道的光透射性能可以被用作化學(xué)計(jì)量分析的輸入，以提供長而開放的通道的化學(xué)組成分析；如用來檢測可燃或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)和生化武器。
在分析器100.1的相關(guān)的實(shí)施例中，編碼束延伸穿過較長的距離到達(dá)至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26.1(與檢測器26.1相似，但被安裝在較遠(yuǎn)處)，其在圖1A中用虛線表示。為了簡化圖1A，傳輸編碼束到達(dá)遠(yuǎn)程檢測器26.1的光學(xué)器件并未示出。優(yōu)選的，由RD26響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號被送回(未示出)到分析器100.1，以便由計(jì)算機(jī)28.1進(jìn)行分析，其確定編碼分量的幅度。優(yōu)選的，遠(yuǎn)程檢測器RD被增加遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28以包括一個(gè)遠(yuǎn)程接收器，并且時(shí)序和校準(zhǔn)信號被分配(如通過微波信號，光學(xué)纖維或一個(gè)或多個(gè)其它的編碼激光束)到遠(yuǎn)程接收器，這樣檢測器信號可以由RC28在遠(yuǎn)處進(jìn)行分析。最優(yōu)選的，編碼束被光束分離器分開并且和時(shí)序及對準(zhǔn)信號一起被分配給一些遠(yuǎn)程接收器。以這種方式，檢測器信號可以在每個(gè)遠(yuǎn)處被分析，以便在一些不同的樣品通道中(如以網(wǎng)、圓周、立面和/或輸出端的形式)實(shí)質(zhì)上同時(shí)地提供光譜分析。
在分析器100.1的其它實(shí)施例中，被校準(zhǔn)的，經(jīng)過編碼的束被輸入光學(xué)纖維，波導(dǎo)，光管或凈化(或抽空)的管道系統(tǒng)并被分配給一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程采樣臺(tái)，這樣，編碼束的未受控制的通道實(shí)質(zhì)上被限制在遠(yuǎn)程采樣臺(tái)之外。優(yōu)選的，每個(gè)遠(yuǎn)程采樣臺(tái)包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26.1和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28(和計(jì)算機(jī)28具有相同的解碼函數(shù)性)，以便分析由檢測器產(chǎn)生的信號及時(shí)序和校準(zhǔn)信號。以這種方式，可以正確分析在遠(yuǎn)處采集的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，通過調(diào)整源24.1，可以實(shí)質(zhì)上簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.1和后編碼器光學(xué)器件36B.1，以提供空間上彼此分離的選擇分量(如在獲取介質(zhì)中的空間變化或用分色鏡的模式陣列代替激光的偏光鏡)。優(yōu)選的，源24.1被調(diào)整，以便在與調(diào)制器22.1上的輻射濾波器和濾波器對的排列實(shí)質(zhì)上對應(yīng)的空間位置處提供選擇分量。
參看圖9A，對于上述的分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置以便將目標(biāo)圖象52.1對準(zhǔn)到調(diào)制器22.1上。優(yōu)選的，調(diào)制器22.1包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)輻射濾波器或?yàn)V波器對，以便為源24.1的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)分量編碼。校準(zhǔn)分量為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).1提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.1準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.1上。
實(shí)例2圖1A的多功能分析器100的第二實(shí)施例分析器100.2是小型光譜分析器，其利用一組帶通濾波器或線性可調(diào)濾波器(LVF)來提供多個(gè)選擇的輻射分量。在分析器100.2中，輻射源包括寬帶或多波長源，其由兩個(gè)或多個(gè)帶通濾波器的線性陣列(或兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)輻射計(jì)濾波器的線性陣列，如一組物理氣體或液體樣品)或線性可調(diào)濾波器(LVF)過濾。結(jié)合在一起，輻射源和該組帶通濾波器或LVF包括擴(kuò)展源24.2，其具有一些與沿LVF透射過(或反射自)單個(gè)的帶通濾波器或特定位置的輻射對應(yīng)的空間分量。由帶通濾波器陣列或LVF過濾的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.2成像，以便實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器22.2的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.2。目標(biāo)圖象52.2包括經(jīng)不同的帶通濾波器或LVF的選擇部分透射(或反射)的輻射的子圖象，其沿調(diào)制器22.2的所述徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.2在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，其當(dāng)調(diào)制器22.2繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，用于為空間分量編碼。優(yōu)選的，空間分量與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量與經(jīng)單個(gè)帶通濾波器或LVF的選擇部分透射的輻射具有一對一的對應(yīng)。編碼束被后編碼器光學(xué)器件36B.2收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26上。計(jì)算機(jī)28隨后分析由檢測器26響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。可以在源24.2和檢測器26之間插入樣品或樣品單元(如圖1A中的虛線框所示的樣品38)。以這種方式，可以測量樣品的光譜性能。
參看圖9A，對于上述的分析器100.2，可以控制帶通濾波器或LVF組的位置，以使目標(biāo)圖象52.2對準(zhǔn)到調(diào)制器22.2上。優(yōu)選的，擴(kuò)展源24.2包括一些校準(zhǔn)空間分量(如非透射性的掩模，其阻擋單個(gè)的帶通濾波器或LVF的選擇部分之間的邊界)，并且調(diào)制器22.2包括一些校準(zhǔn)通道以提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.tul(ACA).2，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.2對準(zhǔn)到調(diào)制器22.2上。
實(shí)例3圖1A的多功能分析器100的第三個(gè)實(shí)施例分析器100.3是光譜分析器，其既被用于分析又被用來提供反饋，以便同時(shí)控制一些可調(diào)輻射源的中心波長。輻射源24.3包括一些光譜分量，其中，每個(gè)光譜分量與一個(gè)不同的輻射源對應(yīng)并以強(qiáng)度和中心波長為特征。例如，輻射源24.3可以是具有多個(gè)光學(xué)信號的光學(xué)纖維，其中每個(gè)信號與不同的輻射源對應(yīng)。由源24.3發(fā)射的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.3成像，以便在調(diào)制器22.3上形成目標(biāo)圖象52.3。目標(biāo)圖象52.3包括沿調(diào)制器22.3的徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)的子圖象，其中每個(gè)子圖象與不同的輻射源對應(yīng)。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.3包括至少一個(gè)衍射性元件，這樣，任何不同輻射源中的一個(gè)的中心波長的變化將會(huì)引起相應(yīng)的子圖象實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器22.3的徑向軸移動(dòng)。調(diào)制器22.3在不同的半徑處具有一些輻射濾波器對(與圖7中的調(diào)制器22D中的55.1相似)，其當(dāng)調(diào)制器22.3繞旋轉(zhuǎn)軸40.3旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供編碼束。每個(gè)輻射濾波器對包括具有互補(bǔ)的或異相的調(diào)制函數(shù)的輻射濾波器，這樣，編碼分量的幅度和相位由入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對比例確定。編碼束被后編碼器光學(xué)器件36B.3收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26.3上，并且計(jì)算機(jī)28.3分析由檢測器26.3響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號。計(jì)算機(jī)28.3計(jì)算檢測器26.3響應(yīng)編碼束所產(chǎn)生的信號的編碼分量的幅度和相位。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28.3產(chǎn)生一些不同的控制信號以調(diào)節(jié)不同的輻射源的中心波長，作為對檢測器26.3所產(chǎn)生的信號的響應(yīng)，以便為源調(diào)整頻率。優(yōu)選的，包括每個(gè)對的輻射濾波器實(shí)質(zhì)上彼此相鄰，并且相鄰輻射濾波器的邊界實(shí)質(zhì)上位于半徑上，其與相應(yīng)的可調(diào)頻的輻射源的額定或預(yù)期波長的子圖象的徑向位置對應(yīng)。以這種方式，當(dāng)輻射源的中心波長被調(diào)節(jié)為額定或預(yù)期波長，編碼分量的幅度為零(或空)。特定的可調(diào)頻源的任何相對于理想配置的偏離產(chǎn)生一個(gè)信號(在其相應(yīng)的調(diào)制通道內(nèi))，其中，解碼信號的標(biāo)記和幅度分別表明中心波長的方向和大小。以這種方式，解碼信號可以被用作反饋機(jī)制以保持可調(diào)頻源處于最優(yōu)的配置。這樣，當(dāng)溫度改變或其它的環(huán)境變化引起中心波長漂移時(shí)，解碼信號可以被用來調(diào)節(jié)可調(diào)頻輻射源，以便保持穩(wěn)定和不變的中心波長，如通過改變源的溫度或電流。
參看圖9A，對于上述的分析器100.3，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置，以便使目標(biāo)圖象52.3對準(zhǔn)到調(diào)制器22.3。優(yōu)選的，源24.3包括一些校準(zhǔn)光譜分量(如基準(zhǔn)激光或一些氣體或雜質(zhì)光譜線)并且調(diào)制器22.3包括一些校準(zhǔn)通道以提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).3，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.3對準(zhǔn)到調(diào)制器22.3上。
優(yōu)選的，不時(shí)地測量不同輻射源的強(qiáng)度。為此，28.utl(ACA).3被用來產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件重新定位，以便使目標(biāo)圖象52.3沿著徑向軸從默認(rèn)位置移動(dòng)到解調(diào)諧位置。這反過來共同地沿徑向軸相應(yīng)于單個(gè)的輻射源移動(dòng)子圖象。計(jì)算機(jī)28.3隨后將由目標(biāo)圖象52.3的默認(rèn)位置獲得的被解碼的幅度與由目標(biāo)圖象52.3的解調(diào)諧位置獲得的幅度進(jìn)行比較，以確定不同輻射源的強(qiáng)度。優(yōu)選的，圖8中調(diào)制器22E所示的的與{55.3，50.22}，{55.4，50.23}相似的任何圖形的陣列被用來允許測量每個(gè)編碼輻射分量的中心波長和總強(qiáng)度(即，光譜強(qiáng)度分布)，而無需解調(diào)諧目標(biāo)圖象52.3的位置。
實(shí)例4圖1A所示的多功能分析器100的第四個(gè)實(shí)施例分析器100.4是熒光成像分析器，其具有PMT的速度和靈敏度。輻射源24.4示擴(kuò)展源，其包括來自一組不同熒光樣品的發(fā)射。例如，多道電泳的泳道或熒光標(biāo)記的被分析物的樣品。由源24.4發(fā)射的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.4成像，以便實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器22.4的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.4(連續(xù)圖象)。目標(biāo)圖象52.4包括不同熒光樣品的組的子圖象，其沿調(diào)制器22.4的徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.4包括一些輻射濾波器，其為由熒光樣品發(fā)射的輻射編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.4繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供包括多個(gè)編碼空間分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.4與輻射源對準(zhǔn)，這樣，編碼分量與不同的熒光樣品具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。換句話說，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.4對應(yīng)于相應(yīng)的目標(biāo)圖象52.4的子圖象使每個(gè)不同的熒光樣品在調(diào)制器22.4上成像，其中子圖象最好沒有在調(diào)制器上重疊。優(yōu)選的，子圖象沿調(diào)制器22.4的徑向軸分散，這樣，來自相應(yīng)的子圖象的每個(gè)編碼光譜分量(或一個(gè)帶寬內(nèi)的一個(gè)編碼光譜分量組)與一個(gè)或只一個(gè)不同的熒光樣品對應(yīng)。
編碼束被后編碼器光學(xué)器件36B.4收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26.4上，其為光電倍增管(PMT)，并且由PMT響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號被計(jì)算機(jī)28分析，以確定編碼分量的幅度。優(yōu)選的，通過在后編碼器光學(xué)器件36B.4和PMT之間插入分光計(jì)或其它波長過濾裝置并掃描或改變透射到PMT的輻射的波長，測量不同熒光樣品的光譜特性。優(yōu)選的，光譜攝制儀或其它的波長分離裝置被用來引導(dǎo)編碼束的一些選擇的光譜分量到達(dá)相同數(shù)量的PMT。最優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28.4會(huì)增加足夠數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，這樣，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地分析由PMT響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量通過PMT的速度和靈敏度，熒光樣品組的光譜特性。
如果必要，分析器100.4可以和分析器300的交錯(cuò)激勵(lì)機(jī)械裝置(如圖10所示)相連，以便實(shí)質(zhì)上同時(shí)地確定不同熒光樣品的激勵(lì)特性(如激勵(lì)光譜)。
特定樣品的視場由所有光線軌跡的重疊確定，該軌跡開始于樣品(在相應(yīng)的樣品平面內(nèi)，包括源24.4的部分)，反射自相應(yīng)輻射濾波器的有效區(qū)域，并到達(dá)檢測器26.4。因此，當(dāng)調(diào)制器22.4旋轉(zhuǎn)時(shí)，視場隨有效區(qū)域內(nèi)的輻射濾波器的排列而變化。對于不均勻的樣品或具有不連續(xù)邊界的樣品，視場中與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的變化可能引起編碼響應(yīng)分量的波形失真。在本發(fā)明中，通過減少沿輻射濾波器的圖形中的一條或多條軸的突然中斷的數(shù)量，這些影響可以被降到最小。優(yōu)選的，調(diào)制器22.4的輻射濾波器包括如上所述的類似“條碼”或“西洋跳棋盤”的圖形，以提供一個(gè)或多個(gè)編碼分量，其沿樣品平面的一條或多條軸具有實(shí)質(zhì)上不變的視場。
參看圖9A，對于上述的分析器100.4，通過移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可以控制成像的熒光，以使目標(biāo)圖象52.4對準(zhǔn)到調(diào)制器22.4上。優(yōu)選的，源24.4包括一些校準(zhǔn)空間分量(如，24.4中一些分布在已知的空間位置的已知的熒光種類，并且調(diào)制器22.4包括一些校準(zhǔn)通道以提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).3，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.3對準(zhǔn)到調(diào)制器22.3上。優(yōu)選的，校準(zhǔn)空間分量還可以具有已知的光譜發(fā)射特性，用于校準(zhǔn)波長過濾裝置或波長分離裝置。
實(shí)例5圖1A所示的多功能分析器100的第五個(gè)實(shí)施例分析器100.5是光譜分析器，其為具有多個(gè)選擇的光譜分量的分散圖象和具有透射過或反射自一個(gè)或多個(gè)帶通濾波器和/或雙色光束分離器的輻射的連續(xù)圖象編碼。當(dāng)穿過分析器的輻射通道可能包括干擾氣體和蒸氣(或液體)時(shí)，其會(huì)不可預(yù)測地影響光譜測量的精度，在這樣的條件下，這種方法是有益的。在這樣的情況下，優(yōu)選的，對于那些受干擾的光譜分量，使穿過分析器的光通道最小。二氧化碳(CO2)就是相關(guān)的著名例子。在希望在CO2的光譜區(qū)內(nèi)獲得高的透射精度的應(yīng)用中所用的分散性裝置通常包括用氮凈化裝置的未受控制的通道，即，沒有包括樣品或樣品單元的光通道。分析器100.5提供了該方法的一種選擇。
在分析器100.5，輻射源是寬帶或多波長源，其在兩個(gè)不同的光譜區(qū)SR1和SR2內(nèi)具有多個(gè)選擇的光譜分量。SR1包含那些在未受控制的通道內(nèi)受干擾的光譜分量。優(yōu)選的，分析器100.5包括分色鏡和一個(gè)或多個(gè)帶通濾波器或線性可調(diào)的濾波器(LVF)用來過濾SR1中的輻射。組合在一起，輻射源，分色鏡以及帶通濾波器組或LVF包括源24.5，其具有與透射過(或反射自)單個(gè)帶通濾波器的輻射或沿LVF的位置對應(yīng)的一些空間分量。SR2中的未受干擾的輻射被指定源24.5.2。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.5包括子光學(xué)器件36A.5.1和36A.5.2，用于分別使24.5.1和24.5.2在調(diào)制器22.5上成像。子光學(xué)器件36A.5.1實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器24.5的第一徑向軸形成第一目標(biāo)圖象52.5.1，并且包括衍射性或折射性元件的子光學(xué)器件36A.5.2實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器22.5的第二徑向軸形成第二目標(biāo)圖象52.5.2。目標(biāo)圖象52.5.1包括24.5的選擇的光譜分量，其沿調(diào)制器22.5的第一徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。目標(biāo)圖象52.5.2是分散圖象，包括24.5.2的選擇的光譜分量，其沿調(diào)制器22.5的第二徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。
調(diào)制器22.5在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，用于為輻射分量24.5.1和24.5.2編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.5繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供兩個(gè)編碼束(分別為56.5.1和56.5.2)。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.5.1與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，56.5.1的編碼分量與選擇的光譜分量24.5.1具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.5.2與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，56.5.2的編碼分量與選擇的光譜分量24.5.2具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。后編碼器光學(xué)器件36B.5包括子光學(xué)器件36B.5.1和36B.5.2，分別用于控制56.5.1和56.5.2。56.5.1被36B.5.1收集、引導(dǎo)并聚焦到第一檢測器26.5.1，并且56.5.2被36B.5.2收集、引導(dǎo)并聚焦到第二檢測器26.5.2。計(jì)算機(jī)28.5分析由檢測器26.5.1和檢測器26.5.2分別響應(yīng)編碼束56.5.1和56.5.2產(chǎn)生的信號，以確定兩個(gè)光譜范圍內(nèi)的編碼分量的幅度?？梢栽谳椛湓春头稚R之間插入樣品或樣品單元(如，圖1A中的虛線框所示的樣品38)用于光譜分析；即樣品位于源24.5的限制之內(nèi)。優(yōu)選的，SR1的光譜分量的總的未受控制的通道被做得盡可能的小，以使干擾最少。以這種方式，可以在有干擾氣體或蒸氣存在時(shí)測量樣品的光譜特性。
實(shí)例6圖1A所示的多功能分析器100的第六個(gè)實(shí)施例分析器100.6是小型光譜分析器，為分析樣品，其利用一組不連續(xù)的輻射源來提供多光譜分量編碼源。不連續(xù)的源包括激光二極管，光發(fā)射二極管或等/濾波器組合。優(yōu)選的，輻射源24.6包括不擴(kuò)展源的線性陣列。源的陣列發(fā)射的輻射被成像，以便實(shí)質(zhì)上沿調(diào)制器22.6的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.6。優(yōu)選的，源陣列靠近并沿著調(diào)制器22.6的徑向軸安裝，這樣，無需預(yù)編碼器光學(xué)器件36A即可形成目標(biāo)圖象52.6。目標(biāo)圖象52.6包括空間分量，由單個(gè)源發(fā)射的輻射的子圖象，其沿著調(diào)制器22.6的徑向軸被聚焦(或集中)在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.6在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，用于為空間分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.6繞旋轉(zhuǎn)軸40.6旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼束。優(yōu)選的，空間分量與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量與由單個(gè)不擴(kuò)展源發(fā)射的輻射具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。編碼束被36B.6收集、引導(dǎo)并聚焦到檢測器26.6上。計(jì)算機(jī)28.6隨后分析由檢測器26.6響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度?？梢栽谳椛湓?4.6和檢測器26.6之間插入樣品或樣品單元。以這種方式，可以測量樣品的光譜特性。
參看圖9A，對于上述的分析器100.6，可以控制不擴(kuò)展源的陣列和/或其它光學(xué)元件的位置，以便將目標(biāo)圖象52.6對準(zhǔn)到調(diào)制器22.6上。優(yōu)選的，源24.6包括一些校準(zhǔn)空間分量，并且調(diào)制器22.6包括一些校準(zhǔn)通道，以便提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).6，其反過來，為硬件驅(qū)動(dòng)器28.6.drv產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(如一個(gè)公共的結(jié)構(gòu)，其上安裝著不擴(kuò)展源陣列)定位，以便將目標(biāo)圖象52.6對準(zhǔn)到調(diào)制器22.6上。
實(shí)例7在一些應(yīng)用中，有必要測量兩個(gè)或多個(gè)不同光譜區(qū)域中的兩個(gè)或多個(gè)選擇的光譜分量組的強(qiáng)度。由于實(shí)際的原因，這些光譜區(qū)域通常由不同的輻射檢測器的波長響應(yīng)特性區(qū)分。例如，汞鎘碲化物(HgCdTe或MCT)響應(yīng)大致介于8～12微米之間的輻射，硒化鉛(PbSe)檢測器響應(yīng)大致介于3～5微米之間的輻射，硫化鉛(PbS)檢測器響應(yīng)大致介于1～3微米之間的輻射，銦鎵砷化物(InGaAs)檢測器響應(yīng)大致介于0.7～2.2微米之間的輻射，并且光電倍增管(PMT)響應(yīng)大致介于0.2～0.7微米之間的輻射。在特定的應(yīng)用中，可能有必要測量這些檢測器特定的光譜區(qū)域的不同組合中的選擇的光譜分量。
圖1A所示的多功能分析器100的第七個(gè)實(shí)施例分析器100.7是光譜分析器，其采用了具有一個(gè)或多個(gè)輻射濾波器的調(diào)制器22.7，這些濾波器同時(shí)地為兩個(gè)不同光譜區(qū)域內(nèi)的選擇的光譜分量編碼。輻射源24.7包括兩個(gè)不同光譜區(qū)域內(nèi)的選擇的光譜分量SR1和SR2。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.7收集由輻射源24.7發(fā)射的輻射并形成兩個(gè)目標(biāo)圖象52.7.1和52.7.2。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.7可以包括一個(gè)或多個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)不同的溝道頻率的光柵。以這種方式，多溝道頻率光柵使兩個(gè)不同的光譜區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上沿相同的光學(xué)通道分散(即分散圖象52.7.1和52.7.2彼此重疊)。目標(biāo)圖象52.7.1包括來自SR1的選擇的光譜分量，并且目標(biāo)圖象52.7.2包括來自SR2的選擇的光譜分量。52.7.1的選擇的光譜分量沿著調(diào)制器22.7的徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)，52.7.2的選擇的光譜分量沿著調(diào)制器22.7的徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。如果需要，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.7可以被調(diào)整，這樣，52.7.1和52.7.2被沿著徑向軸分開，或著沿著兩條不同的徑向軸投射。這樣的或其它的改變屬于本發(fā)明的范疇。調(diào)制器22.7在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，以便當(dāng)調(diào)制器22.7繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，給光譜分量編碼，以提供兩個(gè)相符的編碼束56.7.1和56.7.2。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.7.1和52.7.2與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣編碼分量與SR1的選擇的光譜分量具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。更為優(yōu)選的，調(diào)制器22.7為“類似陣列”的圖形，其包括大量的實(shí)質(zhì)上正交的彼此相鄰的輻射濾波器，形成實(shí)質(zhì)上無間隙的編碼網(wǎng)，以同時(shí)檢測輻射源24.7的兩個(gè)光譜范圍。更為優(yōu)選的，調(diào)整調(diào)制器22.7的輻射濾波器的單個(gè)寬度以提供在特定光譜區(qū)域內(nèi)具有恒定波長帶寬或恒定能量帶寬的編碼光譜分量。利用調(diào)制器22.7“類似陣列”的圖形，56.7.1和56.7.2在光譜范圍SR1和SR2中分別具有實(shí)質(zhì)上完整的光譜。編碼束56.7.1和56.7.2分別被后編碼器光學(xué)器件36B.7收集，分離并聚焦到檢測器26.7.1和26.7.2上；如利用一個(gè)或多個(gè)分色鏡。優(yōu)選的，檢測器26.7.1響應(yīng)選擇的光譜分量或SR1，并且檢測器26.7.2響應(yīng)選擇的光譜分量或SR2。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28.7具有兩個(gè)ADC用于同時(shí)給來自檢測器26.7.1和26.7.2的信號采樣。計(jì)算機(jī)28隨后分析由兩個(gè)檢測器響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地確定兩個(gè)光譜范圍內(nèi)的選擇的光譜分量的幅度。可以在源24.7和調(diào)制器22.7之間插入樣品或樣品單元。以這種方式，樣品在兩個(gè)不同光譜范圍內(nèi)的光譜特性可以被同時(shí)測量。
選擇上述的實(shí)例中的光譜范圍來說明，并不意味著限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例8圖1A所示的多功能分析器100的第八個(gè)實(shí)施例分析器100.8是多光譜分量編碼源，其具有高強(qiáng)度的校準(zhǔn)束，能夠被用來激勵(lì)輻射發(fā)射或輻射散射樣品(如氣體云，污染水，污染表面，污染土壤)。輻射源24.8是具有多個(gè)選擇激勵(lì)分量(如氬離子激光或其它多激勵(lì)線激光，或多個(gè)獨(dú)立激勵(lì)源)的校準(zhǔn)輻射束。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.8包括至少一個(gè)衍射性或折射性元件以分離選擇的光譜分量以便沿著調(diào)制器22.8的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.8。優(yōu)選的，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.8包括可調(diào)衰減器以預(yù)先處理或預(yù)先設(shè)置選擇分量的強(qiáng)度。目標(biāo)圖象52.8是具有選擇的光譜分量的分散圖象，其沿著調(diào)制器22.8的一條或多條徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.8包括一些輻射濾波器，其為選擇的光譜分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.8繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.8與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，第一后碼器光學(xué)器件36B.8.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以便實(shí)質(zhì)上再次校準(zhǔn)編碼分量(如36A.8和36B.8.1具有至少一個(gè)光柵對，棱鏡對或棱鏡光柵組合)。以這種方式，編碼束可以延伸穿過一段距離以激勵(lì)遠(yuǎn)處的樣品38(如氣體云或污染表面)，或激勵(lì)一個(gè)或多個(gè)不透光樣品(如污染表面，污染水或污染土壤)。樣品38(如圖1A中的虛線框所示)可以或可以不被限制在圍繞物之內(nèi)。
作為對編碼激勵(lì)束的響應(yīng)，樣品38發(fā)射編碼響應(yīng)輻射，其被第二后碼器光學(xué)器件36B.8.2(如用于遠(yuǎn)程樣品的望遠(yuǎn)鏡，或用于不透光樣品的顯微鏡，在圖1A中未示出)收集并引導(dǎo)回到檢測器26.8。計(jì)算機(jī)28.8分析檢測器26.8響應(yīng)編碼響應(yīng)束產(chǎn)生的信號以確定編碼分量的幅度。以這種方式，樣品的激勵(lì)特性可以被用作一個(gè)或多個(gè)化學(xué)計(jì)量分析的輸入，以確定樣品的化學(xué)組成，如檢測可燃的或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)或生化武器。
在分析器100.8的另一實(shí)施例中，編碼束被輸送入光學(xué)纖維，波導(dǎo)，光管或凈化(或抽空)的管道系統(tǒng)并被分配給一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程采樣臺(tái)，這樣，編碼激勵(lì)束的未受控制的通道實(shí)質(zhì)上被限制在遠(yuǎn)程采樣臺(tái)之外。遠(yuǎn)程采樣臺(tái)包括至少一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)編碼激勵(lì)束而發(fā)射或散射編碼響應(yīng)束的樣品。優(yōu)選的，每個(gè)遠(yuǎn)程激勵(lì)臺(tái)包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28(和計(jì)算機(jī)28具有相同的解碼函數(shù)性)，以便分析編碼響應(yīng)束。優(yōu)選的，時(shí)序和校準(zhǔn)信號被分配給遠(yuǎn)程樣品臺(tái)，以便由RC28用來分析來自檢測器RD26的信號。以這種方式，可以正確分析在遠(yuǎn)處采集的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，通過調(diào)整源24.8，可以實(shí)質(zhì)上簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.8和后編碼器光學(xué)器件36B.8，以提供空間上彼此分離的選擇分量(如在獲取介質(zhì)中的空間變化或用分色鏡的圖形陣列代替激光的偏光鏡)。優(yōu)選的，調(diào)整源24.8，以便在與調(diào)制器22.8上的輻射濾波器和濾波器對的排列實(shí)質(zhì)上對應(yīng)的空間位置處提供選擇分量。
參看圖9A，對于上述的分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件以便將目標(biāo)圖象52.8對準(zhǔn)到調(diào)制器22.8上。優(yōu)選的，調(diào)制器22.8包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)輻射濾波器或?yàn)V波器對，以便為源24.8的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)分量編碼。校準(zhǔn)分量為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).8提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.8準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.8上。
實(shí)例9圖1A所示的多功能分析器100的第九個(gè)實(shí)施例分析器100.9是成像分析器，其利用一個(gè)或多個(gè)輻射激勵(lì)源和成像光學(xué)器件(如，配置用來為每個(gè)激勵(lì)源提供線圖象或多個(gè)子圖象的光學(xué)器件)來提供編碼激勵(lì)束的陣列(每個(gè)激勵(lì)束沿一條或多條軸具有實(shí)質(zhì)上恒定的點(diǎn)尺寸和實(shí)質(zhì)上均勻的照明度)，用于激勵(lì)一組樣品。激勵(lì)源的實(shí)例包括氣體激光，氣體二極管，光發(fā)射二極管和燈/濾波器組合。樣品組的實(shí)例包括氣體或液體樣品單元的陣列，多道電泳，熒光標(biāo)記分析物的井和污點(diǎn)，不均勻混合物中的區(qū)域，以及組裝線上的藥物。由輻射激勵(lì)源24.9發(fā)射的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.9成像，以便沿調(diào)制器22.9的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.9。目標(biāo)圖象52.9具有輻射源24.9的子圖象(或線圖象，其為子圖象的連續(xù)體)陣列，其沿調(diào)制器22.9的徑向軸被聚焦(或集中)在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.9在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，其為子圖象編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.9繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼激勵(lì)束陣列。優(yōu)選的，子圖象與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼激勵(lì)束具有與具有單個(gè)子圖象的輻射實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。編碼激勵(lì)束被后編碼器光學(xué)器件36B.9收集，引導(dǎo)并聚焦到一組樣品上。如果采用了不止一個(gè)的激勵(lì)源，分析器100.9可以與激勵(lì)交錯(cuò)光學(xué)器件(如上所述)相結(jié)合，以便為每個(gè)樣品/激勵(lì)組合提供專門的編碼。優(yōu)選的，編碼激勵(lì)束的陣列與樣品對準(zhǔn)，這樣，每個(gè)樣品被來自每個(gè)激勵(lì)源的一個(gè)編碼激勵(lì)束激勵(lì)。
作為對激勵(lì)輻射的響應(yīng)，每個(gè)所述的樣品發(fā)射或散射一個(gè)或多個(gè)輻射響應(yīng)束。優(yōu)選的，編碼激勵(lì)束的陣列與樣品組對準(zhǔn)，這樣，在特定的編碼響應(yīng)分量和特定的樣品/激勵(lì)組合之間存在實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)(即，對于每個(gè)激勵(lì)源，每個(gè)樣品發(fā)射或散射一個(gè)編碼響應(yīng)束。將會(huì)避免由一個(gè)編碼激勵(lì)束激勵(lì)不止一個(gè)樣品而產(chǎn)生的激勵(lì)串?dāng)_。)。編碼響應(yīng)束被后編碼器光學(xué)器件36B.9收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26.9上，其為光電倍增管(PMT)，由PMT響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號由計(jì)算機(jī)28.9分析，以確定編碼分量的幅度。
優(yōu)選的，通過在后編碼器光學(xué)器件36B.9和PMT之間插入光度計(jì)或其它波長濾波器裝置并掃描透射到PMT的輻射的波長，可以測量不同熒光樣品的光譜特性。優(yōu)選的，光譜攝制儀或其它的波長分離裝置被用來引導(dǎo)編碼束的一些選擇的光譜分量到達(dá)相同數(shù)量的PMT。最優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)28.9會(huì)包括足夠數(shù)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，這樣，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地分析由PMT響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量通過PMT的速度和靈敏度，樣品組對一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)輻射源的響應(yīng)。
特定樣品平面中的照明場由所有激勵(lì)束線軌跡的重疊確定，該軌跡開始于源24.9，反射自相應(yīng)輻射濾波器的有效區(qū)域，并到達(dá)相應(yīng)的樣品。因此，當(dāng)調(diào)制器22.9旋轉(zhuǎn)時(shí)，照明場(位于樣品上，在樣品平面內(nèi))隨有效區(qū)域內(nèi)的輻射濾波器的排列而變化。對于不均勻的樣品或具有不連續(xù)邊界的樣品，照明場中與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的變化可能引起編碼響應(yīng)分量的波形失真。在本發(fā)明中，通過減少沿輻射濾波器的圖形中的一條或多條軸的突然中斷的數(shù)量，這些影響可以被降到最小。優(yōu)選的，調(diào)制器22.9的至少一個(gè)輻射濾波器包括如上所述的類似“條碼”或“西洋跳棋盤”的圖形，以提供一個(gè)或多個(gè)編碼激勵(lì)分量，其沿樣品平面的一條或多條軸具有實(shí)質(zhì)上不變的照明場。
參看圖9A，對于上述的分析器100.9，可以控制激勵(lì)子圖象的陣列的位置，編碼激勵(lì)束陣列的位置，樣品組的位置和/或其它光學(xué)器件，以使目標(biāo)圖象52.9對準(zhǔn)到調(diào)制器22，并使編碼激勵(lì)束對準(zhǔn)到樣品組上。優(yōu)選的，源24.9包括一些校準(zhǔn)空間分量并且調(diào)制器22.9包括一些校準(zhǔn)通道以提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).9，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(如，一個(gè)公共結(jié)構(gòu)，其上安裝著不擴(kuò)展源的陣列，與圖17A中所示的35.FP相似)被定位，以便將目標(biāo)圖象52.9對準(zhǔn)到調(diào)制器22上。
實(shí)例10圖1A所示的多功能分析器100的第十個(gè)實(shí)施例分析器100.10是具有高強(qiáng)度的校準(zhǔn)束多光譜分量編碼源，其被用于檢測不透光樣品，如液體或固體(如飲用水，藥物，墻，污染土壤，以及行李傳送帶上的行李和包裹)。除了來自源的束可以被樣品散射而不是穿過樣品和被傳送到檢測器的散射束，樣品38可以被安裝在源24.10和檢測器26.10之間的光學(xué)通道中的任意一點(diǎn)，例如，如圖1A所示的位置。輻射源24.10是具有多個(gè)選擇的光譜分量(如二氧化碳激光，氬離子激光，或其它多線激光)的校準(zhǔn)輻射束。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.10包括至少一個(gè)衍射性或折射性元件以分離選擇的光譜分量以便沿著調(diào)制器22.10的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.10。優(yōu)選的，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.10包括可調(diào)衰減器以預(yù)先處理或預(yù)先設(shè)置選擇分量的強(qiáng)度。目標(biāo)圖象52.10是具有選擇的光譜分量的分散圖象，其沿著調(diào)制器22.10的一條或多條徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.10包括一些輻射濾波器，其為選擇的光譜分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.10繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.10與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，第一后編碼器光學(xué)器件36B.10.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以便實(shí)質(zhì)上再次校準(zhǔn)編碼分量(如36A.10和36B.10.1每個(gè)具有至少一個(gè)光柵對，棱鏡對或棱鏡光柵組合)。以這種方式，編碼束可以被用于檢測不透光樣品。第二后碼器光學(xué)器件36B.10.2收集編碼輻射束并引導(dǎo)其返回檢測器26.10。優(yōu)選的，在預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.10.1和后編碼器光學(xué)器件36B.10.2之間放置樣品(如圖1A中的虛線框所示的樣品38)。計(jì)算機(jī)28.10分析檢測器26.10響應(yīng)編碼束56.10產(chǎn)生的信號27.10，以確定編碼分量的幅度。以這種方式，不透光樣品的光譜透射率可以被用作給化學(xué)計(jì)量分析的輸入，以提供樣品的化學(xué)組成分析；如檢測可燃的或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)或生化武器。
在分析器100.10的相關(guān)實(shí)施例中，編碼束延伸穿過較遠(yuǎn)的距離到達(dá)至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26(與檢測器26.10相似，但位于遠(yuǎn)程位置)。優(yōu)選的，由RD26響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號被送回分析器100.10，以便由計(jì)算機(jī)28.10進(jìn)行分析，其確定編碼分量的幅度。優(yōu)選的，遠(yuǎn)程檢測器RD26配置了遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28，以包括遠(yuǎn)程接收器，并且時(shí)序和校準(zhǔn)信號被分配(如通過微波信號，光學(xué)纖維或一個(gè)或多個(gè)附加編碼激光束)給遠(yuǎn)程接收器，這樣，檢測器信號可以被RC28在遠(yuǎn)處進(jìn)行分析。最優(yōu)選的，編碼束被光束分裂器分離并和時(shí)序和校準(zhǔn)信號一起被分配給一些遠(yuǎn)程接收器。以這種方式，可以在每個(gè)遠(yuǎn)距離位置分析檢測器信號。
在分析器100.10的另一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)編碼束被輸送入光學(xué)纖維，波導(dǎo)，光管或凈化(或抽空)的管道系統(tǒng)并被分配給一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程采樣臺(tái)，這樣，編碼束的未受控制的通道實(shí)質(zhì)上被限制在遠(yuǎn)程采樣臺(tái)之外。優(yōu)選的，每個(gè)遠(yuǎn)程激勵(lì)臺(tái)包括至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28(和計(jì)算機(jī)28具有相同的解碼函數(shù)性)，以便分析由檢測器產(chǎn)生的信號和時(shí)序與校準(zhǔn)信號。優(yōu)選的，時(shí)序和校準(zhǔn)信號被分配給遠(yuǎn)程樣品臺(tái)，以便由RC28用來分析來自檢測器RD26的信號。以這種方式，可以正確分析在遠(yuǎn)處采集的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的，通過調(diào)整源24.10，可以實(shí)質(zhì)上簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.10和后編碼器光學(xué)器件36B.10，以提供空間上彼此分離的選擇分量(如在獲取介質(zhì)中的空間變化或用分色鏡的圖形陣列代替激光的偏光鏡)。更為優(yōu)選的，調(diào)整源24.10，以便在與調(diào)制器22.10上的輻射濾波器和濾波器對的排列實(shí)質(zhì)上對應(yīng)的空間位置處提供選擇分量。
參看圖9A，對于上述的分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置，以便將目標(biāo)圖象52.10對準(zhǔn)到調(diào)制器22.10上。優(yōu)選的，調(diào)制器22.10包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)輻射濾波器或?yàn)V波器對，以便為源24.10的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)分量編碼。校準(zhǔn)分量為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).10提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.10準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.10上。
實(shí)例11圖1A所示的多功能分析器100的第十一個(gè)實(shí)施例分析器100.11是光譜分析器，其利用輻射濾波器和輻射濾波器對來識別來自一些分散在流體中的染料標(biāo)記的珠子的不同的熒光譜，并對其進(jìn)行量化(不同，標(biāo)記，遠(yuǎn)的，識別標(biāo)記)。
在分析器100.11中，輻射源24.11是來自一些分散在流體中的染料標(biāo)記的珠子的熒光的重疊。包括衍射性或折射性元件的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.11實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器22.11的徑向軸形成分散的目標(biāo)圖象52.11。調(diào)制器22.11在不同的半徑處具有一些輻射濾波器，用于為24.11.1的選擇的輻射分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.11繞旋轉(zhuǎn)軸40.11旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.11與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量24.11實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。后編碼器光學(xué)器件36B.11收集，引導(dǎo)并聚焦編碼束到檢測器26.11上。計(jì)算機(jī)28.11隨后分析檢測器26.11響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。計(jì)算機(jī)28.11隨后在一個(gè)或多個(gè)化學(xué)計(jì)量算法中利用解碼幅度以確定來自一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記染料的熒光的存在和強(qiáng)度。以這種方式，可以確定改變一種或多種標(biāo)記染料(如通過使一種或多種熒光驟冷機(jī)制有效或被動(dòng))的強(qiáng)度的一種或多種化學(xué)藥品(或生化藥品)的存在和濃度。
優(yōu)選的，調(diào)制器22.11包括一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對，使得計(jì)算機(jī)28.11能夠采用化學(xué)計(jì)量算法，通過一個(gè)或多個(gè)波長第一子導(dǎo)數(shù)基礎(chǔ)函數(shù)，利用與確定光譜的零交點(diǎn)相同的方法，其對于不同的標(biāo)記染料可能不同(盡管它們具有相似的熒光光譜)，區(qū)分來自兩種或多種具有相似的熒光光譜的標(biāo)記染料的熒光。優(yōu)選的，調(diào)制器22.11包括一個(gè)或多個(gè)互補(bǔ)濾波器對和一個(gè)或多個(gè)濾波器(或收集濾波器對)，其占據(jù)了相同環(huán)形區(qū)域內(nèi)的環(huán)形段(如與圖8的調(diào)制器22E的那些相似的分布)，以使得計(jì)算機(jī)28.11同時(shí)區(qū)分來自兩種或多種具有相似的熒光光譜的標(biāo)記染料的熒光，并將其量化。
實(shí)例12圖1A所示的多功能分析器100的第十二個(gè)實(shí)施例分析器100.12是多光譜分量編碼源，其具有高強(qiáng)度的校準(zhǔn)束，根據(jù)對吸附、散射或熒光的分析，其被用來識別氣體，蒸氣和一種或多種封閉通道中所含的微粒。封閉通道的實(shí)例包括HVAC系統(tǒng)的管道系統(tǒng)，油罐卡車或有軌車的油罐，氣體管道(如天然氣)，集裝箱運(yùn)貨船貨艙，集裝箱和地鐵隧道。
輻射源24.12是具有多個(gè)選擇的光譜分量(如二氧化碳激光，氬離子激光或其它的多線激光)的校準(zhǔn)輻射束。預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.12包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以分離選擇的光譜分量，以便沿著調(diào)制器22.12的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.12。優(yōu)選的，預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.12包括可調(diào)節(jié)的衰減器，以便預(yù)先處理或預(yù)先設(shè)定選擇分量的強(qiáng)度。目標(biāo)圖象52.12是具有選擇的光譜分量的分散圖象，其沿著調(diào)制器22.12的所述的徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.12包括一些輻射濾波器，其為選擇的光譜分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.12繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.12與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，第一后編碼器光學(xué)器件36B.12.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以便實(shí)質(zhì)上再次校準(zhǔn)編碼分量(如36A.12和36B.12.1每個(gè)具有至少一個(gè)光柵對，棱鏡對或棱鏡光柵組合)。以這種方式，編碼束可以延伸穿過長而封閉的通道到達(dá)遠(yuǎn)程反射器，并被引導(dǎo)回到檢測器26.12。遠(yuǎn)程反射器的實(shí)例包括反射器，簡單的反射鏡，金屬管道系統(tǒng)，或提供擴(kuò)散和鏡面反射率的不同的目標(biāo)物體。第二后編碼器光學(xué)器件36B.12.2收集編碼輻射束并引導(dǎo)它回到檢測器26.12。計(jì)算機(jī)28.12為檢測器26.12產(chǎn)生的信號27.12解碼，以確定編碼分量的幅度，其隨后被用作一種或多種化學(xué)計(jì)量分析的輸入。以這種方式，可以確定封閉通道的化學(xué)組成。這些信息隨后可以被用于警報(bào)特定氣體和蒸氣的存在，如可燃的或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)和生化武器。
在一個(gè)實(shí)施例中，集裝箱運(yùn)貨船貨艙可以配置光學(xué)窗口，這樣可以檢測內(nèi)部空氣空間。更為優(yōu)選的，光學(xué)窗口的位置可以被標(biāo)準(zhǔn)化，這樣，封閉通道包括至少兩個(gè)貨艙內(nèi)的并排或并列放置的集裝箱的總的內(nèi)部空氣空間。更為優(yōu)選的，集裝箱配有樣品單元38.12(如圖1A中的虛線框所示的單元38)，其跨越了標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)窗口之間的內(nèi)部容積。更為優(yōu)選的，樣品單元配有吸收性介質(zhì)37.12。更為優(yōu)選的，樣品單元配有加熱機(jī)械裝置39.12(如圖1A中的虛線框所示的機(jī)械裝置39)，以解吸被吸收性介質(zhì)捕獲的化學(xué)藥品。最優(yōu)選的，吸收性介質(zhì)37.12被激光或其它的無線裝置加熱，以解吸所吸附的化學(xué)藥品。以這種方式，可以在進(jìn)入港口之前，針對有毒化學(xué)藥品和違禁品，對大量的集裝箱進(jìn)行有效檢測。
在分析器100.12的相關(guān)的實(shí)施例中，編碼束延伸穿過封閉的通道到達(dá)至少一個(gè)遠(yuǎn)程檢測器RD26.12(與檢測器26相似，但被安裝在較遠(yuǎn)處)，優(yōu)選的，由RD26響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號被送回分析器100.12，以便由計(jì)算機(jī)28.12進(jìn)行分析，其確定編碼分量的幅度。更為優(yōu)選的，遠(yuǎn)程檢測器RD26.12與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)RC28相結(jié)合，以包括遠(yuǎn)程接收器，并且時(shí)序和校準(zhǔn)信號被分配給遠(yuǎn)程接收器，這樣檢測器信號可以由RC28在遠(yuǎn)程位置進(jìn)行分析。最優(yōu)選的，編碼束被光束分離器分開并且和時(shí)序及對準(zhǔn)信號一起被分配給一些遠(yuǎn)程接收器；如通過HVAC系統(tǒng)，管道網(wǎng)，或集裝箱貨船的貨艙分配。以這種方式，可以在每個(gè)遠(yuǎn)程位置分析檢測器信號，并且可以針對氣體，蒸氣和微粒的存在和濃度，如可燃的或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)和生化武器，同時(shí)檢測一些封閉通道。
優(yōu)選的，通過調(diào)整源24.12，可以實(shí)質(zhì)上簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.12和后編碼器光學(xué)器件36B.12，以提供空間上彼此分離的選擇分量(如在獲取介質(zhì)中的空間變化或用分色鏡的圖形陣列代替激光的偏光鏡)。優(yōu)選的，調(diào)整源24.12，以便在與調(diào)制器22.12上的輻射濾波器和濾波器對的排列實(shí)質(zhì)上對應(yīng)的空間位置處提供選擇分量。
如果源24.12具有與數(shù)據(jù)采集速率相等或低于數(shù)據(jù)采集速率的透射重復(fù)速率，優(yōu)選的，調(diào)制器22.12的旋轉(zhuǎn)與重復(fù)速率同步，以使得解碼幅度的混淆效應(yīng)最小。
參看圖9A，對于上述的分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置以便將目標(biāo)圖象52.12對準(zhǔn)到調(diào)制器22.12上。優(yōu)選的，調(diào)制器22.12包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)輻射濾波器或?yàn)V波器對，以便為源24.12的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)分量編碼，以便為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).12提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.12準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.12上。
實(shí)例13圖1A所示的多功能分析器100的第十三個(gè)實(shí)施例分析器100.13是多光譜分量編碼源，其具有與非編碼輻射束相結(jié)合的校準(zhǔn)束以提供熱源，通過熱源39.13(如圖1A中的虛線框所示的加熱機(jī)械裝置39)，其被用來識別從表面(或吸收性介質(zhì)37.13，如圖1A中的虛線框所示的37)解吸的或由熱源激發(fā)的等離子體產(chǎn)生的氣體和蒸氣并為其量化(如激光切割噴火器的光譜分析)。解吸的物質(zhì)隨后形成樣品38.13，其由分析器100.13按下文所述進(jìn)行檢測。
輻射源24.13是高能校準(zhǔn)輻射束，其具有多個(gè)選擇的光譜分量(如，二氧化碳激光)。輻射源24.13包括光束分離器(在圖1A中未示出)，以分離校準(zhǔn)輻射束，以便提供具有實(shí)質(zhì)上不同的強(qiáng)度和/或功率的兩個(gè)或多個(gè)輻射束。第一束24.13.1包括具有實(shí)質(zhì)上適合于光譜分析的強(qiáng)度的選擇的光譜分量。第二束24.13.12包括具有實(shí)質(zhì)上適合于從樣品表面解吸化學(xué)藥品或激發(fā)等離子體的強(qiáng)度的輻射。
預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.13包括至少一個(gè)衍射性或折射性元件以分離來自24.13.1的選擇的光譜分量，以便沿著調(diào)制器22.13的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.13。目標(biāo)圖象52.13是具有選擇的光譜分量的分散圖象，其沿著調(diào)制器22.13所述徑向軸被聚焦在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.13包括一些輻射濾波器，其為選擇的光譜分量編碼，以便當(dāng)調(diào)制器22.13繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.13與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。優(yōu)選的，第一后碼器光學(xué)器件36B.13.1包括至少一個(gè)衍射性的或折射性的元件，以便實(shí)質(zhì)上再次校準(zhǔn)編碼分量(如36A.13和36B.13.1具有至少一個(gè)光柵對，棱鏡對或棱鏡光柵組合)。輻射束24.13.2被用來解吸吸附在樣品表面上的化學(xué)藥品。解吸的化學(xué)藥品隨后由編碼輻射束(來自24.13.1)檢測。第二后碼器光學(xué)器件36B.13.2收集編碼輻射束并引導(dǎo)其返回檢測器26.13。計(jì)算機(jī)28.13為檢測器26.13產(chǎn)生的信號27.13解碼，其隨后被用作一種或幾種化學(xué)計(jì)量分析的輸入。以這種方式，可以確定集裝箱中的化學(xué)組成。這些信息隨后可以被用來警報(bào)特定氣體和蒸氣的存在，如可燃的或有毒的化學(xué)藥品，包括化學(xué)或生化武器。
在一種應(yīng)用中，貨物集裝箱(如來自集裝箱貨船，火車，飛機(jī)或卡車)可以配有通過一個(gè)或多個(gè)光學(xué)窗口可以到達(dá)的樣品單元。樣品單元具有固定的通道，反光鏡和吸收性介質(zhì)。優(yōu)選的，在航行過程中，吸收性介質(zhì)暴露于集裝箱的內(nèi)部空氣，使得吸附了足夠的量的一種或多種目標(biāo)化學(xué)藥品(如化學(xué)武器，違禁品等)用于檢測。輻射束24.13.2被用來加熱吸收性介質(zhì)，編碼輻射束24.13.1被用來檢測樣品單元38.13的容納物。優(yōu)選的，在加熱之前針對可燃的氣體，掃描樣品，以便使爆炸的可能性降到最低。以這種方式，可以針對有毒化學(xué)藥品和違禁品對大量的集裝箱進(jìn)行既安全又有效的檢測。
優(yōu)選的，通過調(diào)整源24.13，可以實(shí)質(zhì)上簡化預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.13和后編碼器光學(xué)器件36B.13，以提供空間上彼此分離的選擇分量(如在獲取介質(zhì)中的空間變化或用分色鏡的圖形陣列代替激光的偏光鏡)。優(yōu)選的，調(diào)整源24.13，以便在與調(diào)制器22.13上的輻射濾波器和濾波器對的排列實(shí)質(zhì)上對應(yīng)的空間位置處提供選擇分量。
參看圖9A，對于上述的分析器，可以控制一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的位置以便將目標(biāo)圖象52.13對準(zhǔn)到調(diào)制器22.13上。優(yōu)選的，調(diào)制器22.13包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)輻射濾波器或?yàn)V波器對，以便為源24.13的一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)分量編碼，以便為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).12提供輸入，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便將目標(biāo)圖象52.13準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.13上。
實(shí)例HS.1下面的實(shí)例是基于圖12.A和圖12.B所示的超級成像分析器的。輻射源24.HS.1是多道(或多毛細(xì)管)，四染料標(biāo)記的電泳(輻射源24.HS.1的其它實(shí)例包括多井微量滴定盤，或多膠點(diǎn)微陣列)，其與輻射源的一個(gè)或多個(gè)分量對應(yīng)。由源24.HS.1發(fā)射或散射的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件536A.HS.1成像，以便在調(diào)制器22.HS.1 上形成目標(biāo)圖象52.HS.1。目標(biāo)圖象52.HS.1包括多個(gè)分散子圖象，其通過它們沿著調(diào)制器22.HS.1的公共半徑實(shí)質(zhì)上各自分離(或精確交錯(cuò))的分散軸與被激勵(lì)的電泳道(或毛細(xì)管)對應(yīng)。優(yōu)選的，分析器100.HS.1包括帶通濾波器，其透射來自分散子圖象的選擇的光譜分量，同時(shí)阻止分散子圖象彼此干擾。調(diào)制器22.HS.1包括多個(gè)用于為分散子圖象編碼的子圖形。每個(gè)子圖形包括一些輻射濾波器，以便當(dāng)調(diào)制器22.HS.1繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)為選擇的光譜分量編碼。優(yōu)選的，選擇的光譜分量足以確定電泳中所用的四種染料中的每一種的各自的濃度。優(yōu)選的，目標(biāo)圖象52.HS.1與調(diào)制器22.HS.1對準(zhǔn)，這樣，對于每個(gè)泳道(或毛細(xì)管)，編碼分量具有與選擇的光譜分量實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。換而言之，每個(gè)泳道具有它相應(yīng)的編碼分量，其中不同泳道的編碼分量實(shí)質(zhì)上彼此正交。具有來自所有泳道的所有編碼分量的編碼束被后編碼器光學(xué)器件536B.HS.1收集，引導(dǎo)和聚焦到檢測器26.HS.1，如光電倍增管(PMT)。計(jì)算機(jī)28隨后分析由檢測器26.HS.1響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以確定編碼分量的幅度。由于與不同泳道對應(yīng)的編碼分量彼此正交，因此有可能確定來自檢測器26.HS.1的輸出的編碼分量。應(yīng)用特定分析函數(shù)28.asf隨后利用解碼幅度來確定每個(gè)泳道中的四種染料的各自的濃度，其是產(chǎn)生相應(yīng)的四色電泳的時(shí)間的函數(shù)。
如果必要，分析器100.HS.1能夠與交錯(cuò)的激勵(lì)機(jī)械裝置相結(jié)合(如圖10A所示)，以確定不同電泳道的激勵(lì)特性(如激勵(lì)光譜)。對于四種染料，具有獨(dú)特的激勵(lì)/響應(yīng)光譜(或基體)是很典型的。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地測量作為激勵(lì)分量的函數(shù)的選擇的光譜分量，以增強(qiáng)儀器對四種染料的指定性。
參看圖9A，對于上述的分析器100.HS.1，優(yōu)選的，散射自各泳道或毛細(xì)管的激勵(lì)輻射被用作校準(zhǔn)分量。優(yōu)選的，帶通濾波器削弱了校準(zhǔn)分量的強(qiáng)度，這樣，編碼校準(zhǔn)分量的幅度與選擇的光譜分量的標(biāo)準(zhǔn)編碼幅度相似。優(yōu)選的，調(diào)制器22.HS.1上的每個(gè)子圖形將包括一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器對，其集中在校準(zhǔn)分量的優(yōu)選或預(yù)期位置，以便為校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).HS.1提供輸入。優(yōu)選的，28.utl(ACA).HS.1將校準(zhǔn)信號與一條或多條標(biāo)準(zhǔn)曲線(如上所述產(chǎn)生的)進(jìn)行比較，以產(chǎn)生校準(zhǔn)系數(shù)，其為目標(biāo)圖象52.HS.1的每個(gè)分散圖象的校準(zhǔn)誤差進(jìn)行量化。特定應(yīng)用分析函數(shù)28.asf隨后將利用校準(zhǔn)系數(shù)為編碼分量補(bǔ)償校準(zhǔn)誤差。最優(yōu)選的，校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA)將產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號，以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件定位，以便使目標(biāo)圖象52.HS.1準(zhǔn)確對準(zhǔn)到調(diào)制器22.HS.1。
選擇激勵(lì)分量的數(shù)量，電泳道(或毛細(xì)管)，以及染料的數(shù)量用來說明，應(yīng)該了解的是激勵(lì)分量，電泳道(或毛細(xì)管)以及染料的任意數(shù)量屬于本發(fā)明的范疇。
實(shí)例FP.1下一個(gè)實(shí)例是基于圖17A和圖17B所示的編碼濾波器光度計(jì)分析器的。分析器100.FP.1利用一個(gè)或多個(gè)寬帶輻射源和關(guān)聯(lián)單元陣列(即充滿不同氣體或液體的目標(biāo)和基準(zhǔn)單元)來提供編碼關(guān)聯(lián)束的陣列(包括目標(biāo)和基準(zhǔn)束)，用于檢測未知樣品。目標(biāo)束的實(shí)例包括由CO，CO2，NOx，N2O，H2O，H2S和不同的烴(包括天然氣的組分)過濾的輻射，由于內(nèi)在的危險(xiǎn)，由化學(xué)武器和其它有毒氣體和液體過濾的輻射作為目標(biāo)束的實(shí)際例子更少?；鶞?zhǔn)束的實(shí)例包括由N2，水，溶劑，或真空過濾的輻射。樣品的實(shí)例包括周圍空氣，汽車尾氣，工業(yè)生產(chǎn)液流和天然氣。樣品，目標(biāo)和基準(zhǔn)束這樣的和其它的實(shí)例屬于本發(fā)明的范疇。
在分析器100.FP.1中，一個(gè)或多個(gè)寬帶輻射源被耦合入目標(biāo)和基準(zhǔn)單元陣列(如，通過一個(gè)或多個(gè)以下元件柱形棱鏡，棱鏡陣列，衍射性光學(xué)元件，或通過裝入一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)單元的源的陣列)。透射過目標(biāo)和基準(zhǔn)單元陣列的包括擴(kuò)展源24.FP.1的輻射由預(yù)編碼器光學(xué)器件36A.FP.1成像，以實(shí)質(zhì)上沿著調(diào)制器22.FP.1的徑向軸形成目標(biāo)圖象52.FP.1。目標(biāo)圖象52.FP.1包括與透射過輻射源24.FP.1的目標(biāo)和基準(zhǔn)單元的輻射對應(yīng)的子圖象陣列，其沿著調(diào)制器22.FP.1的所述的徑向軸被聚焦(或集中)在實(shí)質(zhì)上不同的點(diǎn)。調(diào)制器22.FP.1在不同的半徑具有一些給子圖象編碼的輻射濾波器，以便當(dāng)調(diào)制器22.FP.1繞旋轉(zhuǎn)軸40旋轉(zhuǎn)時(shí)提供關(guān)聯(lián)編碼束陣列。優(yōu)選的，子圖象與輻射濾波器對準(zhǔn)，這樣編碼關(guān)聯(lián)束與透射過單個(gè)目標(biāo)和基準(zhǔn)單元(即關(guān)聯(lián)單元)的輻射具有實(shí)質(zhì)上一對一的對應(yīng)。
編碼關(guān)聯(lián)束被后編碼器光學(xué)器件36B.FP.1收集，引導(dǎo)并聚焦經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)樣品(如，圖1A所示的虛線框中的樣品38，工業(yè)生產(chǎn)液流中的樣品單元，管道中的樣品單元，以及開放通道周圍空氣測量)。
優(yōu)選的，目標(biāo)和基準(zhǔn)單元以圖10A所示的方式交錯(cuò)，這樣每個(gè)目標(biāo)束與相應(yīng)的基準(zhǔn)束相鄰，以便包括目標(biāo)/基準(zhǔn)對，其在樣品單元內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上相同的通道和/或在檢測器26.FP.1的表面上具有實(shí)質(zhì)上相同的強(qiáng)度分布。優(yōu)選的，特定對的目標(biāo)和基準(zhǔn)束由互補(bǔ)濾波器對編碼，這樣，如圖17A和圖17B所示的方法，產(chǎn)生的編碼分量的幅度和相位由目標(biāo)和基準(zhǔn)束的相對強(qiáng)度確定。最優(yōu)選的，調(diào)整互補(bǔ)濾波器對的相對調(diào)制強(qiáng)度(如通過在與基準(zhǔn)束對應(yīng)的通道中插入中性濾光片，通過改變基準(zhǔn)濾波器相對于目標(biāo)濾波器的寬度或調(diào)制深度)，以便當(dāng)樣品單元中沒有關(guān)聯(lián)吸收時(shí)，使產(chǎn)生的編碼分量為零。以這種方式，分析器100.FP.1提供了具有最高光度測定精度的關(guān)聯(lián)輻射計(jì)測量。
優(yōu)選的，目標(biāo)和基準(zhǔn)束對的光譜范圍(優(yōu)選的，一起)被一個(gè)或多個(gè)分色鏡或帶通濾波器限制，以便隔離目標(biāo)化學(xué)藥品的主要光譜特征。以這種方式，可以提高裝置對于樣品單元中的一種或多種目標(biāo)化學(xué)藥品的靈敏度(如，編碼目標(biāo)/基準(zhǔn)對響應(yīng)樣品單元中的目標(biāo)化學(xué)藥品的特定濃度的幅度)。
在延伸穿過樣品單元之后，編碼關(guān)聯(lián)束由后編碼器光學(xué)器件36B.FP.1收集，引導(dǎo)并聚焦到檢測器26.FP.1上，并且由26.FP.1響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號由計(jì)算機(jī)28.FP.1分析，以確定編碼分量的幅度。編碼分量的幅度隨后被特定應(yīng)用函數(shù)28.FP.1.asf(如，關(guān)聯(lián)輻射計(jì)算法)使用來確定樣品中的一種或多種目標(biāo)化學(xué)藥品的存在和濃度。如果檢測一個(gè)或多個(gè)樣品單元，可以如前所述地采用多個(gè)檢測器和ADC(如，參看實(shí)例9)。以這種方式，可以實(shí)質(zhì)上同時(shí)地檢測多個(gè)樣品。
特定編碼束穿過系統(tǒng)(包括樣品或關(guān)聯(lián)單元)的通道實(shí)際上是始于所有光線軌跡的通道的重疊，其從源24.FP.1開始，由調(diào)制器22.FP.1上的相應(yīng)的輻射濾波器的有效區(qū)反射，并到達(dá)檢測器26.FP.1。因此，當(dāng)有效區(qū)內(nèi)的輻射濾波器的圖形隨調(diào)制器22.FP.1的旋轉(zhuǎn)而變化時(shí)，通道的重疊發(fā)生變化。當(dāng)吸收性分析物(樣品或目標(biāo))存在時(shí)，其中束的衰減取決于通道長度，通道的重疊的變化會(huì)導(dǎo)致編碼分量的波形失真。在本發(fā)明中，通過在輻射濾波器圖形中減少沿一條或多條軸的突然中斷的數(shù)量，可以使這些影響降到最少。優(yōu)選的，調(diào)制器22.FP.1的輻射濾波器中的至少一個(gè)具有上述的類似于“條碼”或“西洋跳棋盤”的圖形，以提供一個(gè)或多個(gè)編碼分量，其在系統(tǒng)中具有實(shí)質(zhì)上恒定的光學(xué)通道的重疊。
參看圖9A，對于上述的分析器100.FP.1，可以控制相關(guān)子圖象的陣列的位置，目標(biāo)和基準(zhǔn)單元陣列的位置，樣品單元的位置，和/或其它光學(xué)元件，以使目標(biāo)圖象52.FP.1對準(zhǔn)到調(diào)制器22上，并使編碼關(guān)聯(lián)束對準(zhǔn)穿過樣品單元到達(dá)檢測器上。優(yōu)選的，源24.FP.1包括一些校準(zhǔn)空間分量并且調(diào)制器22包括一些校準(zhǔn)通道，以提供輸入給校準(zhǔn)校正算法28.utl(ACA).FP.1，其反過來，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)控制信號，以使一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(如其上安裝有目標(biāo)和基準(zhǔn)單元陣列的公共結(jié)構(gòu))定位，以便使目標(biāo)圖象52.FP.1對準(zhǔn)到調(diào)制器22上。
在前面的實(shí)例中，選擇光學(xué)元件的順序用來說明，并不意味著限制本發(fā)明。例如，目標(biāo)和基準(zhǔn)單元陣列相對于編碼器的位置是任意的。透射過關(guān)聯(lián)單元的輻射可以被編碼，或者輻射可以被編碼并隨后透射過關(guān)聯(lián)單元。而且，樣品(如圖1A中的虛線框所示的樣品38)可以被放置在束通道中介于源24.FP.1和檢測器26.FP.1之間的任何位置。這些和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。
盡管已經(jīng)參照不同的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了以上的描述，應(yīng)該了解的是不同的組合，改變和調(diào)整可以在不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)，其將由所附的權(quán)利要求及其等價(jià)物定義。因此，不是如所述的以特定的順序采用特定的光學(xué)元件，包括樣品單元的放置，或束通道中的樣品組，在不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)的條件下可以采用其它光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)、或排列。例如，圖1中所用的用于形成分散圖象的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A可以是聚焦光柵、平面光柵和聚焦反射鏡或透鏡、光柵對、棱鏡對或棱鏡-光柵組合和聚焦反射鏡或透鏡、棱鏡和聚焦發(fā)射鏡或透鏡，以及圖1采用的用于形成連續(xù)圖象的預(yù)編碼器光學(xué)器件36A可以包括簡單的聚焦反射鏡或透鏡、相機(jī)透鏡系統(tǒng)、干涉計(jì)、或聚焦反射鏡或透鏡和帶通濾波器或線性可調(diào)的濾波器組。而且，不同的光管、波導(dǎo)和光學(xué)纖維(以及它們的集合)可以用來將來自編碼信號的輻射帶到一些遠(yuǎn)程采樣臺(tái)，或者將編碼信號引導(dǎo)到一些遠(yuǎn)程采樣臺(tái)。當(dāng)考慮測量由樣品或樣品組響應(yīng)激勵(lì)輻射而發(fā)射或散射的輻射的分析器系統(tǒng)，編碼器在樣品之前或之后的位置是任意的。在第一種情況下，激勵(lì)輻射被直接編碼，并且響應(yīng)輻射被(隨后或不直接地)編碼。在第二種情況下，響應(yīng)輻射被直接編碼。對于足夠快和線性激勵(lì)響應(yīng)，在兩種情況中的任一種中，響應(yīng)輻射被完全相同地編碼。
當(dāng)圖1A的調(diào)制器22和其它圖中不同的其它實(shí)施例的調(diào)制器被配置為繞軸40旋轉(zhuǎn)，以便為相應(yīng)的輻射分量編碼時(shí)，調(diào)制器上的濾波器占據(jù)了圓盤的環(huán)形區(qū)域，如本發(fā)明的不同圖所示。但是本發(fā)明并不局限于這樣的實(shí)施。濾波器，如濾波器50a和50d，可以在調(diào)制器的表面上形成四條線性的列，而不是環(huán)形的區(qū)域，并且調(diào)制器可以沿著與濾波器列實(shí)質(zhì)上平行的方向線性地往復(fù)，或象鼓一樣旋轉(zhuǎn)。目標(biāo)圖象52隨后被投射在一個(gè)方向內(nèi)，該方向的長度橫穿(優(yōu)選的，垂直于)濾波器列的方向，這樣，圖象優(yōu)選的，與所有四列濾波器重疊。這樣的和其它的改變屬于本發(fā)明的范疇。
當(dāng)圖1A的分析器的輻射濾波器和濾波器對被描述為具有連續(xù)的對比度或三個(gè)或多個(gè)不同的對比水平，上述的不同的實(shí)施例和實(shí)例可以利用二元調(diào)制編碼實(shí)現(xiàn)，雖然具有低得多的性能。這樣的和其它的變化屬于本發(fā)明的范疇。
本發(fā)明的大量實(shí)施例可以被認(rèn)為是設(shè)計(jì)策略，其被應(yīng)用于不同的組合以利于光譜學(xué)或其它的成像應(yīng)用。特別地，本文所示出的包括輻射濾波器和濾波器對的不同的組合的調(diào)制器圖形屬于本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.一種輻射光譜分析器，包括至少一個(gè)源，其提供具有至少兩個(gè)所選的光譜分量的輻射；第一光學(xué)器件，其收集，分散和聚焦所述輻射，以形成在平面上沿分散軸按波長分散的圖象；空間輻射調(diào)制器，其被安裝在所述平面內(nèi)，這樣，所述分散軸實(shí)質(zhì)上沿著編碼軸，所述調(diào)制器調(diào)制所述光譜分量的強(qiáng)度，以提供編碼束，該編碼束包括至少兩個(gè)編碼分量；檢測器，其具有截面區(qū)；以及第二光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述編碼束到達(dá)所述檢測器上，引起檢測器提供輸出，所述第二光學(xué)器件包括至少一個(gè)雙二次曲線光學(xué)器件。
2.如權(quán)利要求1所述的光譜分析器，其中，所述雙二次曲線光學(xué)元件具有實(shí)質(zhì)上平行于所述分散軸的第一曲率半徑，以及實(shí)質(zhì)上垂直于所述分散軸的第二曲率半徑。
3.如權(quán)利要求2所述的光譜分析器，其中，所述曲率半徑是這樣的使得編碼束的點(diǎn)尺寸實(shí)質(zhì)上與檢測器的截面區(qū)匹配。
4.如權(quán)利要求2所述的光譜分析器，所述的編碼束由第二光學(xué)器件引導(dǎo)沿著從調(diào)制器到檢測器的光程穿過，其中所述曲率半徑是這樣的使得所述光程的長度不大于所述平面內(nèi)的調(diào)制器的尺寸。
5.如權(quán)利要求4所述的光譜分析器，所述的調(diào)制器具有圓形的形狀和所述平面內(nèi)的直徑，其中所述的曲率半徑是這樣的使得所述光程的長度不大于所述平面內(nèi)的調(diào)制器的直徑。
6.如權(quán)利要求2所述的光譜分析器，其中第二光學(xué)器件對于輻射的光譜分量的收集效率由編碼束中的光譜分量的強(qiáng)度和到達(dá)檢測器的光譜分量的強(qiáng)度的比率確定，其中所述的曲率半徑是這樣的使得所述收集效率的平均值不低于20％。
7.如權(quán)利要求2所述的光譜分析器，其中第二光學(xué)器件對于輻射的光譜分量的收集效率由編碼束中的光譜分量的強(qiáng)度和到達(dá)檢測器的光譜分量的強(qiáng)度的比率確定，其中所述的曲率半徑是這樣的使得對于第二光學(xué)器件的輻射中的至少一些光譜分量的每一個(gè)的收集效率不低于20％。
8.如權(quán)利要求1所述的光譜分析器，所述的第二光學(xué)器件包括折疊式反射鏡或雙二次曲線反射鏡，其中調(diào)制器和折疊式反射鏡或雙二次曲線反射鏡之間的間隔約小于2英寸。
9.如權(quán)利要求1所述的光譜分析器，所述的第二光學(xué)器件包括雙二次曲線反射鏡，折疊式反射鏡和折射性元件，或者兩個(gè)Frensnel雙二次曲線反射器。
10.如權(quán)利要求1所述的光譜分析器，所述的截面區(qū)具有至少一個(gè)尺寸，其小于所述圖象沿分散軸的長度，所述第二光學(xué)器件使得所述編碼分量實(shí)質(zhì)上在所述的截面區(qū)內(nèi)重疊。
11.如權(quán)利要求1所述的光譜分析器，所述的第二光學(xué)器件包括順序排列的多于一個(gè)的光學(xué)器件，用于收集并引導(dǎo)編碼束由調(diào)制器到達(dá)檢測器上，其中所述的雙二次曲線元件在所述的順序中位于第二光學(xué)器件的任何其它的光學(xué)元件之前。
12.一種用于制造輻射光譜分析器的方法，其包括提供裝置，該裝置包括(a)至少一個(gè)源，其提供具有至少兩個(gè)所選的光譜分量的輻射；(b)第一光學(xué)器件，其收集，分散和聚焦所述輻射，以形成在平面上沿分散軸按波長分散的圖象；(c)空間輻射調(diào)制器，其被安裝在所述平面內(nèi)，這樣，所述分散軸實(shí)質(zhì)上沿著編碼軸，所述調(diào)制器調(diào)制所述光譜分量的強(qiáng)度，以提供編碼束，該編碼束包括至少兩個(gè)編碼分量；以及(d)檢測器，其具有截面區(qū)；以及設(shè)計(jì)第二光學(xué)器件以收集并引導(dǎo)所述編碼束到達(dá)所述檢測器上，引起檢測器提供輸出，所述第二光學(xué)器件包括至少一個(gè)雙二次曲線光學(xué)器件，其中所述設(shè)計(jì)包括選擇元件的曲率半徑，使得編碼束的點(diǎn)尺寸實(shí)質(zhì)上位于檢測器的截面區(qū)之內(nèi)，或者使得從調(diào)制器到檢測器的編碼束的光程最小。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述設(shè)計(jì)包括選擇元件的曲率半徑，使得編碼束中的光譜分量在檢測器上實(shí)質(zhì)上重疊。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述設(shè)計(jì)包括選擇元件的曲率半徑，使得編碼束中的每個(gè)光譜分量的強(qiáng)度在檢測器的截面區(qū)上是實(shí)質(zhì)上均勻的。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該第二光學(xué)器件對于輻射的光譜分量的收集效率由編碼束中的光譜分量的強(qiáng)度和到達(dá)檢測器的光譜分量的強(qiáng)度的比率確定，其中所述設(shè)計(jì)包括選擇元件的曲率半徑，使得所述收集效率的平均值不低于20％。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，該第二光學(xué)器件對于輻射的光譜分量的收集效率由編碼束中的光譜分量的強(qiáng)度和到達(dá)檢測器的光譜分量的強(qiáng)度的比率確定，其中所述設(shè)計(jì)包括選擇元件的曲率半徑，使得對于第二光學(xué)器件的輻射中的至少一些光譜分量的每一個(gè)的收集效率不低于20％。
17.一種化學(xué)計(jì)量分析器，其用于分析多個(gè)分析物，包括至少一個(gè)源，其提供具有至少兩個(gè)所選的光譜分量的輻射；第一光學(xué)器件，其收集，分散和聚焦具有至少兩個(gè)所選的光譜分量的輻射，以便在編碼平面內(nèi)形成圖象，所述圖象實(shí)質(zhì)上按照分散函數(shù)沿編碼軸按波長分散；空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處具有至少兩個(gè)輻射濾波器，每個(gè)濾波器調(diào)制輻射中的相應(yīng)光譜分量的強(qiáng)度，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供包括至少兩個(gè)編碼分量的編碼束，每個(gè)所述濾波器具有實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于相應(yīng)光譜分量的中心波長和帶寬的徑向位置和徑向?qū)挾?，其中濾波器的徑向位置和徑向?qū)挾仁撬龇治鑫锏墓庾V特性和所述分散函數(shù)的函數(shù)；檢測器；第二光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述編碼束到達(dá)所述檢測器上，引起檢測器提供輸出；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)編碼束產(chǎn)生的信號，以確定一種或多種所述分析物的存在。
18.如權(quán)利要求17所述的分析器，其中，所述的濾波器調(diào)制光譜分量作為所述調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)周期的諧波，所述諧波具有質(zhì)數(shù)，以使編碼束中的光譜分量的串?dāng)_最小化。
19.如權(quán)利要求17所述的分析器，其中，所述的計(jì)算機(jī)識別樣品中的所述一個(gè)或多個(gè)分析物，如果有的話，和/或確定樣品中的一個(gè)或多個(gè)分析物的一個(gè)或多個(gè)量。
20.一種用于產(chǎn)生空間輻射調(diào)制器的設(shè)計(jì)圖案的方法，其用來為一個(gè)或多個(gè)光譜范圍內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)所選的光譜分量編碼，用于一組分析物的化學(xué)計(jì)量分析，所述調(diào)制器被用于光學(xué)系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)輻射源和分散性光學(xué)器件，以便實(shí)質(zhì)上根據(jù)分散函數(shù)，沿著所述調(diào)制器的至少一條徑向軸提供至少一個(gè)分散圖象，所述分散函數(shù)將所述調(diào)制器上的徑向位置與至少一個(gè)分散圖象的分散光譜分量相關(guān)聯(lián)；所述方法包括獲得所述組中的所述分析物的相應(yīng)光譜，每個(gè)所述光譜在至少一個(gè)所述光譜范圍內(nèi)具有至少一個(gè)光譜特征；定義一組至少兩個(gè)初始光譜窗口，每個(gè)所述的光譜窗口具有中心波長和帶寬，每個(gè)所述初始光譜窗口處于至少一個(gè)所述光譜范圍之內(nèi)，所述光譜窗口與所述選擇的光譜分量對應(yīng)；建立化學(xué)計(jì)量矩陣，以便將所述組中的所述分析物的濃度與所述光譜分量的強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)；由所述化學(xué)計(jì)量矩陣推導(dǎo)出最優(yōu)光譜窗口；以及將所述最優(yōu)光譜窗口的每一個(gè)的所述中心波長和所述帶寬平移到所述調(diào)制器上的相應(yīng)的最優(yōu)環(huán)形區(qū)內(nèi)，所述環(huán)形區(qū)域包括相應(yīng)的最優(yōu)徑向位置和最優(yōu)徑向?qū)挾取?br> 21.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括在基底上形成多個(gè)子區(qū)域，其具有與所述基底實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性，使得所述的子區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上包括所述圖案，并且在所述的環(huán)形區(qū)域或所述環(huán)形區(qū)域的段內(nèi)為所述的子區(qū)域成形，使得所述的子區(qū)域根據(jù)調(diào)制函數(shù)調(diào)制來自源的輻射的強(qiáng)度。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述推導(dǎo)包括計(jì)算所述化學(xué)計(jì)量矩陣的噪音特征函數(shù)，其中所述特征函數(shù)測量每個(gè)所述的分析物的濃度誤差作為所述光譜分量的強(qiáng)度不確定性的函數(shù)；以及；最優(yōu)化所述化學(xué)計(jì)量矩陣，其中所述的最優(yōu)化包括改變所述初始光譜分量的中心波長和帶寬，以定義所述最優(yōu)光譜窗口，以及相應(yīng)的最優(yōu)光譜分量，所述最優(yōu)光譜分量實(shí)質(zhì)上使所述的特征函數(shù)最小化。
23.一種輻射光譜分析器，包括至少一個(gè)源，其提供至少一個(gè)光譜范圍內(nèi)的寬帶輻射，所述光譜范圍具有至少一個(gè)已知的光譜特征；第一光學(xué)器件，其收集，分散并聚焦所述光譜范圍內(nèi)的所述輻射進(jìn)入束，以便在編碼平面上形成圖象，所述圖象沿編碼軸按波長分散，其中沿所述編碼軸的有缺陷的對準(zhǔn)引起所述分散圖象中的所述已知光譜特征的位置從對準(zhǔn)位置沿所述編碼軸移動(dòng)；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器具有至少一個(gè)互補(bǔ)輻射濾波器對，每個(gè)所述濾波器實(shí)質(zhì)上占據(jù)了所述調(diào)制器的不同的環(huán)形區(qū)域的至少一部分，每個(gè)所述濾波器調(diào)制束中相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度，所述濾波器具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，使得每個(gè)互補(bǔ)濾波器對產(chǎn)生單個(gè)的編碼校準(zhǔn)分量，其中所述編碼校準(zhǔn)分量的至少一個(gè)特性由入射到兩個(gè)濾波器上的來自所述束的輻射的相對強(qiáng)度決定，其中，所述環(huán)形區(qū)域的徑向位置和徑向?qū)挾仁沁@樣的使得當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生用于單個(gè)編碼校準(zhǔn)分量的預(yù)定值；檢測器；第二光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)編碼校準(zhǔn)分量到達(dá)所述檢測器上，引起檢測器提供輸出；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所述一個(gè)或多個(gè)編碼校準(zhǔn)分量產(chǎn)生的信號，并測量所述分散圖象中的所述已知光譜特征的位置從對準(zhǔn)位置沿所述編碼軸的移動(dòng)。
24.如權(quán)利要求23所述的分析器，所述一個(gè)或多個(gè)編碼校準(zhǔn)分量的每一個(gè)具有幅度和相位值，所述幅度和相位值實(shí)質(zhì)上與所述已知光譜特征沿編碼軸的預(yù)定位置對應(yīng)。
25.如權(quán)利要求23所述的分析器，其中所述寬帶輻射具有實(shí)質(zhì)上連續(xù)的波長范圍。
26.如權(quán)利要求25所述的分析器，對于輻射濾波器的所述互補(bǔ)對的每一對，進(jìn)一步包括至少一個(gè)聚光鏡輻射濾波器對，并且其與輻射濾波器的所述互補(bǔ)對的每一對對應(yīng)，且占據(jù)了所述調(diào)制器的環(huán)形區(qū)域的一部分，其與由濾波器的互補(bǔ)對的相應(yīng)對占據(jù)的環(huán)形區(qū)域不同，所述聚光鏡濾波器具有實(shí)質(zhì)上相同的調(diào)制函數(shù)，并且響應(yīng)束產(chǎn)生單個(gè)的編碼校準(zhǔn)分量，該編碼校準(zhǔn)分量具有由來自束的、入射到其上的總輻射確定的幅度和相位。
27.如權(quán)利要求26所述的分析器，其中，所述的至少一個(gè)聚光鏡輻射濾波器對占據(jù)了由互補(bǔ)濾波器對的相應(yīng)的對占據(jù)的所述調(diào)制器的環(huán)形區(qū)域的不同部分，使得輻射濾波器的所述互補(bǔ)對的每一對和它相應(yīng)的所述聚光鏡對產(chǎn)生校準(zhǔn)信號，其當(dāng)結(jié)合在一起時(shí)，實(shí)質(zhì)上不受所述已知光譜特征的幅度關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)幅度的變化的影響。
28.如權(quán)利要求27所述的分析器，其中，所述已知光譜特征是背景CO2的吸收特征，并且所述標(biāo)準(zhǔn)幅度與CO2在空氣中的標(biāo)準(zhǔn)濃度對應(yīng)。
29.如權(quán)利要求23所述的分析器，其中，所述已知光譜特征是背景CO2的吸收特征。
30.如權(quán)利要求23所述的分析器，進(jìn)一步包括至少一個(gè)平移臺(tái)，其沿著所述編碼軸控制并移動(dòng)所述已知光譜分量的位置，其中，當(dāng)所述已知光譜特征沿所述的編碼軸被移動(dòng)到調(diào)制器的特定位置時(shí)，計(jì)算機(jī)響應(yīng)于檢測器的輸出提供一條或多條校準(zhǔn)曲線。
31.一種為輻射檢測系統(tǒng)補(bǔ)償調(diào)制頻率相關(guān)性的方法，包括提供具有至少一個(gè)所選的分量的輻射；收集并聚焦所述輻射以便沿編碼軸在編碼平面內(nèi)形成圖象；將二維的空間輻射調(diào)制器放置在所述平面內(nèi)并使所述調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器具有至少兩個(gè)輻射濾波器對，其實(shí)質(zhì)上占據(jù)了始于所述旋轉(zhuǎn)軸的半徑的公共的環(huán)形區(qū)域，所述濾波器以不同的調(diào)制頻率調(diào)制所述的相應(yīng)的輻射分量的實(shí)質(zhì)上相同的部分的強(qiáng)度，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供包括至少兩個(gè)編碼校準(zhǔn)分量的編碼束，所述編碼校準(zhǔn)分量具有實(shí)質(zhì)上不同的頻率；收集并引導(dǎo)所述編碼校準(zhǔn)分量到達(dá)輻射檢測系統(tǒng)；引起所述檢測系統(tǒng)提供包括所述輻射的附加編碼分量的輸出；為由所述檢測系統(tǒng)產(chǎn)生的信號解碼，以確定所述編碼校準(zhǔn)分量的幅度；分析所述幅度，以確定所述檢測系統(tǒng)的頻率相關(guān)性。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述調(diào)制器包括附加的輻射濾波器，以提供附加編碼分量，其中所述分析改變了所述解碼，以便為所述的附加編碼分量補(bǔ)償所述檢測系統(tǒng)的所述頻率相關(guān)性。
33.一種用于測量樣品的編碼濾波器相關(guān)輻射計(jì)，包括至少一個(gè)源，其在至少一個(gè)光譜范圍內(nèi)提供寬帶輻射；至少兩個(gè)目標(biāo)波長濾波器，每個(gè)所述目標(biāo)波長濾波器在所述光譜范圍內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上的光學(xué)透射率衰減，所述光學(xué)透射率衰減是樣品中相應(yīng)的目標(biāo)分析物的一個(gè)或多個(gè)光譜特性的函數(shù)；至少一個(gè)基準(zhǔn)波長濾波器，與所述目標(biāo)波長濾波器相比，所述基準(zhǔn)波長濾波器在所述光譜范圍內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上更低的光學(xué)透射率衰減；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處具有至少三個(gè)輻射編碼濾波器，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制來自源的輻射的強(qiáng)度；光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述輻射到達(dá)調(diào)制器，使得所述輻射沿調(diào)制器的徑向軸形成至少三個(gè)子圖象，每個(gè)所述子圖象與由目標(biāo)波長濾波器之一或一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)波長濾波器之一過濾的輻射對應(yīng)，所述子圖象由所述輻射編碼濾波器調(diào)制，以便提供調(diào)制束，其具有包括穿過目標(biāo)濾波器的輻射的至少兩個(gè)目標(biāo)分量，和包括穿過至少一個(gè)基準(zhǔn)濾波器的輻射的至少一個(gè)基準(zhǔn)分量；檢測器，其響應(yīng)調(diào)制束提供輸出，其中，來自至少一個(gè)輻射源并到達(dá)檢測器的輻射在到達(dá)檢測器之前與所述樣品相互作用；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所述編碼束產(chǎn)生的信號，以測量樣品的特性。
34.如權(quán)利要求33所述的輻射計(jì)，其中，所述至少兩個(gè)目標(biāo)波長和基準(zhǔn)濾波器的每一個(gè)包括多介電層帶通濾波器，標(biāo)準(zhǔn)具，雙二次曲線反射鏡，部分透明或反射性的固體或裝有氣體或液體的輻射計(jì)關(guān)聯(lián)單元。
35.如權(quán)利要求33所述的輻射計(jì)，其中，所述至少兩個(gè)目標(biāo)波長濾波器的每一個(gè)包括裝有已知濃度的目標(biāo)分析物的容器，所述目標(biāo)分析物在所述的光譜范圍內(nèi)具有光學(xué)吸收率，并且每個(gè)所述的基準(zhǔn)濾波器包括裝有基準(zhǔn)介質(zhì)的容器，所述基準(zhǔn)介質(zhì)與所述目標(biāo)分析物相比，在所述的光譜范圍內(nèi)具有更小的光學(xué)吸收率。
36.如權(quán)利要求35所述的輻射計(jì)，所述目標(biāo)分析物包括天然氣的標(biāo)準(zhǔn)組分。
37.如權(quán)利要求33所述的輻射計(jì)，其中，至少一個(gè)所述目標(biāo)分量和至少一個(gè)基準(zhǔn)分量被一個(gè)或多個(gè)附加波長濾波器修改，以降低所述光譜范圍內(nèi)對于測量所述的相應(yīng)的目標(biāo)分析物無用的光譜分量的強(qiáng)度，或者降低與所述的相應(yīng)的目標(biāo)分析物不同的所選分析物的光譜特征的強(qiáng)度。
38.如權(quán)利要求37所述的輻射計(jì)，其中，每個(gè)波長濾波器包括一個(gè)或多個(gè)分色鏡，帶通濾波器，和/或充滿包括天然氣的一種或多種組分的不同氣體或液體的單元。
39.一種用于測量樣品的編碼濾波器相關(guān)輻射計(jì)，包括至少一個(gè)源，其在至少一個(gè)光譜范圍內(nèi)提供寬帶輻射；至少一個(gè)目標(biāo)和基準(zhǔn)波長濾波器，所述目標(biāo)波長濾波器在所述光譜范圍內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上的光學(xué)透射率衰減，所述光學(xué)透射率衰減是樣品中相應(yīng)的目標(biāo)分析物的一個(gè)或多個(gè)光譜特性的函數(shù)，與所述目標(biāo)波長濾波器相比，所述基準(zhǔn)波長濾波器在所述光譜范圍內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上更低的光學(xué)透射率衰減；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器包括基底和至少一個(gè)輻射濾波器對，所述對包括兩個(gè)位于始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上的輻射濾波器，每個(gè)所述濾波器調(diào)制來自所述源的輻射的強(qiáng)度，所述濾波器具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述濾波器響應(yīng)經(jīng)過過濾的分量產(chǎn)生單個(gè)的編碼分量，其中所述編碼分量的幅度由入射到包括所述對的所述濾波器上的輻射的相對強(qiáng)度決定；光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述輻射到達(dá)調(diào)制器，使得所述的輻射沿調(diào)制器的徑向軸形成至少一對子圖象，所述子圖象的每一對與由相應(yīng)的目標(biāo)和基準(zhǔn)波長濾波器對過濾、并且由相應(yīng)的所述的輻射濾波器對調(diào)制的輻射相對應(yīng)，以提供包括至少一個(gè)目標(biāo)-基準(zhǔn)對分量的調(diào)制束；檢測器，其響應(yīng)調(diào)制束提供輸出，其中來自至少一個(gè)輻射源并到達(dá)檢測器的輻射在到達(dá)檢測器之前與所述樣品相互作用；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所述編碼束產(chǎn)生的信號，以測量樣品的特性。
40.如權(quán)利要求39所述的輻射計(jì)，其中，該至少一對中的每個(gè)所述的目標(biāo)波長和基準(zhǔn)濾波器包括多介電層帶通濾波器，標(biāo)準(zhǔn)具，雙二次曲線反射鏡，部分透明或反射性的固體或裝有氣體或液體的輻射計(jì)關(guān)聯(lián)單元。
41.如權(quán)利要求40所述的輻射計(jì)，其中，該至少一對中的所述目標(biāo)波長濾波器包括裝有已知濃度的目標(biāo)分析物的容器，所述目標(biāo)分析物在所述的光譜范圍內(nèi)具有實(shí)質(zhì)上的光學(xué)吸收率，并且該至少一對中的基準(zhǔn)波長濾波器包括裝有基準(zhǔn)介質(zhì)的容器，所述基準(zhǔn)介質(zhì)與所述目標(biāo)分析物相比，在所述的光譜范圍內(nèi)具有更小的光學(xué)吸收率。
42.如權(quán)利要求40所述的分析器，所述目標(biāo)分析物包括天然氣的標(biāo)準(zhǔn)組分。
43.如權(quán)利要求39所述的分析器，所述編碼分量的所述特性包括信號的幅度和相位。
44.如權(quán)利要求39所述的輻射計(jì)，其中，該至少一個(gè)所述目標(biāo)-基準(zhǔn)分量被一個(gè)或多個(gè)附加波長濾波器修改，以降低所述光譜范圍內(nèi)對于測量所述的相應(yīng)的目標(biāo)分析物無用的光譜分量的強(qiáng)度，或者降低與所述的相應(yīng)的目標(biāo)分析物不同的所選分析物的光譜特征的強(qiáng)度。
45.如權(quán)利要求34所述的輻射計(jì)，其中，每個(gè)目標(biāo)波長濾波器包括一個(gè)或多個(gè)分色鏡，帶通濾波器，和/或充滿包括天然氣的一種或多種組分的不同氣體或液體的單元。
46.一種用于分析樣品的輻射光譜分析器，包括至少一個(gè)輻射源，其提供束中的輻射，該束具有不同的光譜分量，以便沿著編碼軸在編碼平面內(nèi)形成子圖象陣列，每個(gè)所述的子圖象與一個(gè)所述的光譜分量對應(yīng)；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述分散軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處具有至少兩個(gè)輻射濾波器，當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述的至少兩個(gè)輻射濾波器調(diào)制所述光譜分量的強(qiáng)度，以提供具有至少兩個(gè)編碼分量的編碼束；檢測器；光學(xué)器件，其響應(yīng)編碼束提供實(shí)質(zhì)上照準(zhǔn)的編碼束，所述檢測器響應(yīng)校準(zhǔn)編碼束或響應(yīng)所述準(zhǔn)直編碼束產(chǎn)生的輻射提供輸出，其中來自至少一個(gè)輻射源并沿著光程到達(dá)檢測器的輻射在到達(dá)檢測器之前與樣品相互作用；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所屬編碼束產(chǎn)生的信號。
47.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，該分析器位于介質(zhì)中，光程穿過介質(zhì)并且所述的樣品在所述介質(zhì)中的位置不受限制。
48.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，所述光程實(shí)質(zhì)上是開放的并且在光學(xué)器件和檢測器之間的所述光程內(nèi)包括遠(yuǎn)程反射器，以便使所述的準(zhǔn)直編碼束返回檢測器。
49.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，該至少一個(gè)輻射源包括多線激光器和第一光學(xué)分散元件，以便沿著編碼軸形成三個(gè)或更多的相應(yīng)的子圖象，所述光學(xué)器件包括第二光學(xué)分散元件，其照準(zhǔn)編碼束進(jìn)入成為實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的編碼束。
50.如權(quán)利要求49所述的分析器，其中，該多線激光器包括二氧化碳激光器。
51.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，該至少一個(gè)輻射源包括三個(gè)或多個(gè)不連續(xù)輻射發(fā)射元件的集合。
52.如權(quán)利要求51所述的分析器，其中，所述不連續(xù)源的集合包括激光二極管的陣列。
53.如權(quán)利要求52所述的分析器，其中，所述激光二極管包括一個(gè)或多個(gè)量子級聯(lián)激光器。
54.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，該第二光學(xué)器件沿著實(shí)質(zhì)上平行的光程引導(dǎo)所述編碼分量。
55.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，該樣品響應(yīng)所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直的編碼束發(fā)射輻射，并且檢測器檢測到這樣發(fā)射的輻射。
56.如權(quán)利要求46所述的分析器，其中，所述樣品具有在表面或介質(zhì)解吸的物質(zhì)，所述分析器還包括加熱機(jī)械裝置，其用于使所述物質(zhì)從表面或介質(zhì)解吸以形成樣品。
57.一種用于分析樣品的輻射光譜分析器，包括至少一個(gè)源，其提供至少兩個(gè)不同的光譜范圍內(nèi)的輻射；第一光學(xué)器件，其收集，分散并聚焦所述第一光譜范圍內(nèi)的所述輻射，以便沿著編碼平面內(nèi)的第一編碼軸形成第一分散圖象，所述第一分散圖象包括至少一個(gè)光譜分量；第二光學(xué)器件，其收集，分散并聚焦所述第二光譜范圍內(nèi)的所述輻射，以便沿著編碼平面內(nèi)的第二編碼軸形成第二分散圖象，所述第二分散圖象包括至少一個(gè)光譜分量；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述第一編碼軸和所述第二編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著所述調(diào)制器的一條或多條徑向軸；所述調(diào)制器在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處具有至少兩個(gè)輻射濾波器，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)制所述第一和第二分散圖象的分量的強(qiáng)度，以便在兩個(gè)光譜范圍內(nèi)提供具有多個(gè)編碼光譜分量的編碼束；第一檢測器，其響應(yīng)所述第一光譜范圍內(nèi)的輻射提供信號；第二檢測器，其響應(yīng)所述第二光譜范圍內(nèi)的輻射提供信號；第三光學(xué)器件，其引導(dǎo)所述第一光譜范圍內(nèi)的所述編碼光譜分量到達(dá)第一檢測器上；第四光學(xué)器件，其引導(dǎo)所述第二光譜范圍內(nèi)的所述編碼光譜分量到達(dá)第二檢測器上，其中來自至少一個(gè)輻射源并到達(dá)檢測器的輻射在到達(dá)檢測器之前與樣品相互作用；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所述編碼束產(chǎn)生的信號，其中所述的分析包括在每個(gè)所述光譜范圍內(nèi)確定至少一個(gè)編碼分量的幅度。
58.如權(quán)利要求57所述的分析器，所述第一檢測器包括PbS檢測器，并且所述第二檢測器包括PbSe檢測器。
59.如權(quán)利要求57所述的分析器，所述第一檢測器包括PbSe檢測器，并且所述第二檢測器包括HgCdTe檢測器。
60.如權(quán)利要求57中所述的分析器，其中，在第一光譜范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)受到來自一個(gè)或多個(gè)背景電解質(zhì)介質(zhì)的干擾，其中，在第二光譜范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)對于干擾實(shí)質(zhì)上更不敏感。
61.一種適于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的二維空間輻射調(diào)制器，其用于調(diào)制入射輻射束的至少一個(gè)分量以提供編碼束，所述調(diào)制器包括基底和至少一個(gè)環(huán)形區(qū)域，其實(shí)質(zhì)上包圍具有與所述基底實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性的多個(gè)不連續(xù)的子區(qū)域，所述環(huán)形區(qū)域包括至少兩個(gè)環(huán)形段，每個(gè)所述環(huán)形段包括所述調(diào)制器的部分旋轉(zhuǎn)周期，第一環(huán)形段中的所述子區(qū)域被成形，以形成位于始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑上的至少一對輻射濾波器，并具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，所述對響應(yīng)束產(chǎn)生第一編碼分量，其特性由來自束的入射到至少一對濾波器上的輻射的相對強(qiáng)度決定；第二環(huán)形段中的所述子區(qū)域被成形，以形成至少一個(gè)輻射濾波器，該輻射濾波器響應(yīng)束產(chǎn)生第二編碼分量，且該第二編碼分量的特性由來自束的入射到所述至少一個(gè)濾波器上的輻射的總強(qiáng)度決定。
62.如權(quán)利要求61所述的調(diào)制器，其中，所述第一編碼分量的特性包括信號幅度和相位，并且所述第二編碼分量的特性包括信號幅度和相位。
63.如權(quán)利要求61所述的調(diào)制器，其中，至少一個(gè)所述的環(huán)形段與旋轉(zhuǎn)軸形成大約180度的角。
64.一種用于分析樣品的輻射分析器，包括至少一個(gè)源，其提供具有至少一個(gè)所選的輻射分量的輻射束；第一光學(xué)器件，其收集并聚焦所述輻射束以沿著編碼軸在編碼平面內(nèi)形成所述輻射分量的圖象；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)周期并位于所述編碼平面內(nèi)，使得所述的編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器具有至少一個(gè)包括至少兩個(gè)環(huán)形段的環(huán)形區(qū)域，每個(gè)所述的段包括所述調(diào)制器的部分旋轉(zhuǎn)周期；其中至少一個(gè)所述的段在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的半徑上包括至少一個(gè)輻射濾波器，所述至少一個(gè)輻射濾波器包括基底和具有與所述基底實(shí)質(zhì)上不同的光學(xué)特性的多個(gè)不連續(xù)的子區(qū)域，在旋轉(zhuǎn)周期的有效子周期期間，在旋轉(zhuǎn)周期的一部分內(nèi)所述濾波器調(diào)制束，其中，輻射濾波器的所述的至少一個(gè)段內(nèi)的所述子區(qū)域被成形，以便用周期性函數(shù)調(diào)制束中相應(yīng)的輻射分量的強(qiáng)度，從而當(dāng)所述的調(diào)制器繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供包括至少一個(gè)編碼分量的編碼束，所述的周期性函數(shù)實(shí)質(zhì)上包括所述有效子周期的諧波；當(dāng)與束在旋轉(zhuǎn)周期的被動(dòng)子周期期間相互作用時(shí)，至少另一個(gè)所述段是實(shí)質(zhì)上光學(xué)被動(dòng)的；檢測器；第二光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述的編碼束到達(dá)所述的檢測器上，引起檢測器提供輸出，其中來自至少一個(gè)輻射源并到達(dá)檢測器的輻射在到達(dá)檢測器之前與樣品相互作用；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器響應(yīng)所述編碼束產(chǎn)生的信號，其中所述的分析包括分離與所述的有效子周期相對應(yīng)的所述信號和與所述的被動(dòng)子周期相對應(yīng)的所述信號。
65.如權(quán)利要求64所述的分析器，其中，所述第一光學(xué)器件或所述第二光學(xué)器件包括至少一個(gè)可移動(dòng)的元件，其在分析器的用于測量的兩個(gè)或多個(gè)不同的光學(xué)配置中選擇，其中當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在所述的被動(dòng)子周期期間，所述的可移動(dòng)的光學(xué)元件被重新定位，以改變光學(xué)配置。
66.一種用于當(dāng)至少一種周期性噪音源存在時(shí)分析樣品的輻射分析器，包括至少一個(gè)源，其提供具有多個(gè)所選分量的輻射；第一光學(xué)器件，其收集并聚焦所述的輻射以便在編碼平面內(nèi)沿編碼軸形成多個(gè)圖象，所述圖象與所述的選擇的輻射分量對應(yīng)；二維空間輻射調(diào)制器，其按照旋轉(zhuǎn)頻率繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著徑向軸，所述調(diào)制器在始于所述旋轉(zhuǎn)軸的不同半徑處具有多個(gè)輻射濾波器，用于調(diào)制所述選擇的輻射分量的強(qiáng)度，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼束，每個(gè)所述的濾波器用周期性函數(shù)為相應(yīng)的輻射分量編碼，其實(shí)質(zhì)上是所述調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)頻率的諧波，所述諧波包括一組編碼諧波；檢測器；第二光學(xué)器件，其收集并引導(dǎo)所述編碼束到達(dá)所述檢測器系統(tǒng)上，引起檢測器提供輸出；以及計(jì)算機(jī)，其控制所述調(diào)制器的所述旋轉(zhuǎn)頻率，并分析由所述檢測器產(chǎn)生的信號，其中所述的分析包括提供至少一個(gè)噪音跟蹤諧波，所述噪音跟蹤諧波包括不屬于所述編碼諧波組的所述調(diào)制器的所述旋轉(zhuǎn)頻率的諧波；所述計(jì)算機(jī)為至少一個(gè)噪音跟蹤諧波解碼，所述計(jì)算機(jī)改變所述調(diào)制器的旋轉(zhuǎn)頻率，以使噪音跟蹤諧波的幅度最大，所述噪音跟蹤諧波的所述幅度與所述的周期性噪音源對應(yīng)，并從而使所述的周期性噪音源對所述編碼諧波的解碼幅度的影響最小。
67.如權(quán)利要求66所述的分析器，其中，所述噪音跟蹤濾波器是這樣的使得噪音跟蹤信號的頻率實(shí)質(zhì)上等于以下噪音源的一個(gè)的預(yù)期頻率空氣泵驅(qū)動(dòng)的采樣系統(tǒng)或HVAC系統(tǒng)中的質(zhì)量-密度振蕩。
68.一種用于分析樣品的輻射分析器，包括至少一個(gè)源，其提供輻射，沿編碼軸在編碼平面內(nèi)形成多個(gè)圖象；二維空間輻射調(diào)制器，其繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并位于所述編碼平面內(nèi)，使得所述編碼軸實(shí)質(zhì)上沿著所述的徑向軸；所述調(diào)制器具有至少一個(gè)互補(bǔ)輻射濾波器對，以便當(dāng)所述調(diào)制器繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)提供編碼束，所述濾波器對包括環(huán)形段或區(qū)域，所述互補(bǔ)對具有實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的調(diào)制函數(shù)，這樣所述的編碼束包括具有由來自束入射到兩個(gè)濾波器上的輻射的相對強(qiáng)度決定的特性的分量；檢測器，其收集所述的編碼束并提供輸出；以及計(jì)算機(jī)，其分析由所述檢測器產(chǎn)生的信號，其中所述的分析包括確定特性為所述的調(diào)制器繞所述的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)，以測量所述環(huán)形段或區(qū)域相對于所述旋轉(zhuǎn)軸的集中性。
69.如權(quán)利要求68所述的分析器，其中，所述計(jì)算機(jī)控制一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，所述致動(dòng)器“輕拍”所述調(diào)制器進(jìn)行對準(zhǔn)。
70.如權(quán)利要求68所述的分析器，其中，所述特性包括信號的幅度和相位。
全文摘要
使用分析器和編碼器分析輻射的裝置和方法，該分析器和編碼器采用了按波長分散或沿直線成像的輻射的空間調(diào)制。
文檔編號G01J3/18GK1659424SQ03810389
公開日2005年8月24日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者托馬斯·W.·哈格勒 申請人:埃斯柏克特瑞克斯公司